(57)【要約】【課題】高速にかつ精度よく瞳孔位置を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出することが可能な瞳孔検出装置および虹彩認証装置を提供する。【解決手段】同心円状の複数の円をそれぞれ積分円として目画像上に設定し積分円の円周上に位置する目画像の画像データを抽出する画像データ抽出部２２０と、画像データ抽出部２２０が抽出した画像データを積分円のそれぞれの円周に沿って積分する周回積分部２３０と、周回積分部２３０の積分値が積分円の半径に対してステップ状に増加または減少した積分円を変化円として検出する変化円検出部２５０とを備え、変化円検出部２５０がステップ状の増加を検出した場合の変化円を瞳孔とみなし、変化円検出部２５０がステップ状の減少を検出した場合の変化円をコンタクトレンズとみなす。【選択図】図５
2006345891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心円状の複数の円をそれぞれ積分円として目画像上に設定し、前記積分円の円周上に位置する目画像の画像データを抽出する画像データ抽出部と、
前記画像データ抽出部が抽出した画像データを積分円のそれぞれの円周に沿って積分する周回積分部と、
前記周回積分部の積分値が積分円の半径に対してステップ状に増加または減少した積分円を変化円として検出する変化円検出部とを備え、
前記変化円検出部がステップ状の増加を検出した場合の変化円を瞳孔とみなし、前記変化円検出部がステップ状の減少を検出した場合の変化円をコンタクトレンズとみなすことを特徴とする瞳孔検出装置。
【請求項２】
前記積分円の円周上に位置する前記目画像の画像データの最大値と最小値との差を求める輝度差算出部をさらに備え、
前記変化円検出部は、前記周回積分部の積分値が積分円の半径に対してステップ状に増加または減少し、かつ前記輝度差算出部で求められた輝度の差が所定の閾値よりも小さい場合に、対応する積分円を変化円として検出することを特徴とする請求項１に記載の瞳孔検出装置。
【請求項３】
複数の変化円を保持することができる変化円保持部と、
前記変化円保持部に保持された変化円の中から、瞳孔またはコンタクトレンズに対応する変化円を選択する瞳孔・レンズ選択部とをさらに備えたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の瞳孔検出装置。
【請求項４】
使用者の目とその周辺部分を照明する照明部と、
前記使用者の目画像を撮像する撮像部と、
前記目画像の中から瞳孔を検出する、請求項１から請求項３のいずれかに記載の瞳孔検出装置と、
前記瞳孔検出装置が検出した瞳孔と前記目画像とにもとづいて個人認証を行う認証処理部とを備えたことを特徴とする虹彩認証装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の目画像の中からコンタクトレンズの有無を検出する機能をもつ瞳孔検出装置およびそれを用いた虹彩認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
虹彩の模様は個人によって異なることが知られており、この虹彩の模様を用いて個人認証を行う方法が提案されている。例えば、特許文献１には、カメラを用いて使用者の目あるいは目の周辺を含む画像（以下、「目画像」と略記する）を撮像し、目画像の中から虹彩画像を切り出し、虹彩の模様を示す虹彩コードに変換し、登録されている虹彩コードと比較して個人認証を行う虹彩認証装置が開示されている。
【特許文献１】特表平８−５０４９７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、使用者がコンタクトレンズを装着しているとコンタクトレンズの外縁部による反射光等が虹彩画像に重なって正確な虹彩コードを取得できない場合があるにもかかわらず、従来の虹彩認証装置においてはコンタクトレンズの有無を検出する機能がないため、誤った認証をする場合があった。
【０００４】
本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、高速にかつ精度よく瞳孔位置を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出することが可能な瞳孔検出装置および虹彩認証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、本発明の瞳孔検出装置は、同心円状の複数の円をそれぞれ積分円として目画像上に設定し積分円の円周上に位置する目画像の画像データを抽出する画像データ抽出部と、画像データ抽出部が抽出した画像データを積分円のそれぞれの円周に沿って積分する周回積分部と、周回積分部の積分値が積分円の半径に対してステップ状に増加または減少した積分円を変化円として検出する変化円検出部とを備え、変化円検出部がステップ状の増加を検出した場合の変化円を瞳孔とみなし、変化円検出部がステップ状の減少を検出した場合の変化円をコンタクトレンズとみなすことを特徴とする。このような構成により、高速にかつ精度よく瞳孔位置を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出することが可能な瞳孔検出装置を提供することができる。
【０００６】
また、本発明の瞳孔検出装置は、積分円の円周上に位置する目画像の画像データの最大値と最小値との差を求める輝度差算出部をさらに備え、変化円検出部は、周回積分部の積分値が積分円の半径に対してステップ状に増加または減少し、かつ輝度差算出部で求められた輝度の差が所定の閾値よりも小さい場合に、対応する積分円を変化円として検出してもよい。この構成により、コンタクトレンズの検出精度の低下を防ぐとともに、瞳孔の検出精度の低下を防ぐことができる。
【０００７】
また、本発明の瞳孔検出装置は、複数の変化円を保持することができる変化円保持部と、変化円保持部に保持された変化円の中から瞳孔またはコンタクトレンズに対応する変化円を選択する瞳孔・レンズ選択部とをさらに備えてもよい。この構成により、まつげ等を瞳孔と間違って検出する等の誤検出をなくすことができる。
【０００８】
また、本発明の虹彩認証装置は、使用者の目とその周辺部分を照明する照明部と、使用者の目画像を撮像する撮像部と、目画像の中から瞳孔を検出する、上記に記載の本発明の瞳孔検出装置と、瞳孔検出装置が検出した瞳孔と目画像とにもとづいて個人認証を行う認証処理部とを備えたことを特徴とする。この構成により、高速にかつ精度よく瞳孔位置を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出することが可能な虹彩認証装置を提供することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高速にかつ精度よく瞳孔位置を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出することが可能な瞳孔検出装置および虹彩認証装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態における瞳孔検出装置を用いた虹彩認証装置について、図面を用いて説明する。
【００１１】
（実施の形態）
図１は本発明の一実施の形態における瞳孔検出装置を用いた虹彩認証装置の回路ブロック図である。図１には、瞳孔検出装置２００に加えて虹彩認証装置１００を構成するために必要な撮像部１２０、照明部１３０、認証処理部１４０も示している。
【００１２】
本実施の形態における虹彩認証装置１００は、使用者の目画像を撮像する撮像部１２０、目画像の中から瞳孔位置とその半径を検出する瞳孔検出装置２００、目画像から得られた虹彩コードを登録されている虹彩コードと比較して個人認証を行う認証処理部１４０、目画像取得に適した光量の近赤外線を照射し使用者の目とその周辺部分を照明する照明部１３０を備えている。
【００１３】
照明部１３０は、使用者の目に斜め方向から近赤外線を照射するための赤外発光ダイオード１３１と、正面から照射するための赤外発光ダイオード１３２と、それらの赤外発光ダイオード１３１、１３２を切り替えるための照明制御部１３３を備えている。撮像部１２０は、誘導ミラー１２１、可視光カットフィルタ１２２、レンズ１２３、撮像素子１２４および前処理部１２５を有する。本実施の形態においては、レンズ１２３として固定焦点レンズを用いることにより光学系の小型、軽量化と低コスト化を実現している。誘導ミラー１２１は使用者が自らの目を映すことにより目を正しい撮像位置へ誘導する。そして、使用者の目はレンズ１２３、可視光カットフィルタ１２２を通して撮像素子１２４で撮像される。前処理部１２５は、撮像素子１２４の出力信号から画像データ成分を取り出し、ゲイン調整等、画像データとして必要な処理を行った上で、使用者の目画像データとして出力する。
【００１４】
瞳孔検出装置２００は、その詳細については後述するが、目画像の中から瞳孔位置とその半径を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出し、認証処理部１４０へ出力する。認証処理部１４０は、瞳孔検出装置２００が検出した瞳孔中心座標および瞳孔半径にもとづき、目画像データの中から虹彩画像を切り出す。そして、虹彩画像を虹彩の模様を示す固有の虹彩コードに変換し、登録されている虹彩コードと比較することによって認証動作を実行する。
【００１５】
つぎに、瞳孔検出装置２００の瞳孔検出方法について説明する。図２は、本実施の形態における瞳孔検出装置の瞳孔検出方法を説明するための図である。瞳孔２０を含む画像は図２（ａ）に示すように、瞳孔２０を示す円盤状の低輝度領域と、その外側に虹彩３０を示す円環状の中輝度領域とが存在する。したがって、瞳孔中心の位置座標（Ｘｏ、Ｙｏ）を中心として半径Ｒの積分円Ｃの円周に沿って画像データを周回積分すると図２（ｂ）に示すように積分値Ｉは瞳孔半径Ｒｏのところでステップ状に変化することになる。そこで、図２（ｃ）に示すように、積分値Ｉを半径Ｒで微分した値ｄＩ／ｄＲが第１の差分閾値ΔＩｔｈ１を超えるときの積分円の半径を求めることにより瞳孔半径Ｒｏを知ることができる。
【００１６】
以上の考え方にもとづき、瞳孔検出装置２００は、瞳孔２０の位置座標（Ｘｏ、Ｙｏ）と瞳孔半径Ｒｏを検出する。まず、図２（ｄ）に示すように中心座標が等しく半径の異なるｎ個の積分円Ｃ１〜Ｃｎを目画像上に設定し、各々の積分円Ｃｉ（ｉ＝１〜ｎ）に対してその円周上に位置する画像データを積分する。現実的には各々の積分円Ｃｉの円周上に位置する画素の画像データの平均値を計算するか、円周上に位置する画素の中から一定数（ｍ個）の画素を選んでその画像データを加算する。本実施の形態においては同心円状の積分円の数ｎを２０とし、各積分円Ｃｉの円周上に位置する画素の中からｍ＝８画素を選んでその画像データを加算し周回積分の積分値Ｉとした。このとき、積分円Ｃ１〜Ｃｎの中心５０が瞳孔中心と一致している場合には、上述したように、各積分円Ｃｉに対する積分値Ｉｉがステップ状に変化するので、積分値Ｉｉの半径Ｒに対する差分値ΔＩｉを求めると瞳孔半径Ｒｏに等しいところで大きな極大値を示すことになる。ところが、積分円Ｃ１〜Ｃｎの中心５０が瞳孔中心に一致しない場合は、それらが一致している場合に比べて積分値Ｉｉは緩やかに変化するので、その差分値ΔＩｉは大きな値を示さない。したがって、差分値ΔＩｉが第１の差分閾値ΔＩｔｈ１よりも大きな値を示す積分円Ｃｉを求めることで、瞳孔２０の位置とその半径を求めることができる。
【００１７】
そして、目画像上の各位置に積分円Ｃ１〜Ｃｎを移動させて上述の動作を繰り返す。こうして差分値ΔＩｉが大きな値を示すときの積分円Ｃｉの中心座標（Ｘ、Ｙ）とそのときの半径Ｒを求めることにより、瞳孔２０の位置座標（Ｘｏ、Ｙｏ）と瞳孔半径Ｒｏを求めることができる。
【００１８】
つぎに、瞳孔検出装置２００のコンタクトレンズ検出方法について説明する。図３は、本実施の形態における瞳孔検出装置２００のコンタクトレンズ検出方法を説明するための図である。コンタクトレンズの中でもハードレンズ等のようにレンズ径が虹彩径と同程度かそれよりも小さい場合には、虹彩画像上にコンタクトレンズ１０の円周部分の画像が重畳し、虹彩画像から虹彩コードへの変換の妨げになることが多い。一般的にコンタクトレンズ１０の円周部分の画像は、図３（ａ）に示したように、反射光による高輝度部分１１と、その外側にレンズの影による低輝度部分１２とからなる２重の円環状の画像となる。したがって、コンタクトレンズ１０の検出においても、瞳孔検出と同様のｎ個の積分円Ｃ１〜Ｃｎを用いることができる。積分円Ｃ１〜Ｃｎの中心５０がコンタクトレンズ１０の中心と一致している場合、積分円Ｃｉの積分値Ｉｉは積分円の半径がコンタクトレンズ１０の円周部分の内側の高輝度部分１１に一致したところで極大値を示し、外側の低輝度部分１２に一致したところで極小値を示す。そのため、積分円Ｃｉの半径が大きくなるにつれてその積分値Ｉｉは図３（ｂ）に示したように、極大値の後、極小値を示すことになる。そしてその差分値ΔＩｉは図３（ｃ）に示したように、大きな負の値を示すことになる。したがって、目画像上の各位置に積分円Ｃ１〜Ｃｎを移動させたとき差分値ΔＩｉが大きな負の値を示せば、その位置にコンタクトレンズ１０を検出した可能性が高い。したがって差分値ΔＩｉが第２の差分閾値ΔＩｔｈ２よりも小さな値を示す積分円Ｃｉの存在を調べることでコンタクトレンズ１０の有無を知ることができる。
【００１９】
しかしながら、画像によっては差分値ΔＩｉの絶対値が偶発的に大きな値を示す可能性がある。特に、積分円の数ｎや各積分円上で選択する画素の数ｍを小さくすると計算量を減らすことができ高速な瞳孔検出が可能となるが、反面、偶発的に差分値ΔＩｉの絶対値が大きな値を示す可能性が高くなり、コンタクトレンズ１０の検出精度が低下する。そのため本実施の形態においては、積分円Ｃｉの各々に対して輝度差、すなわち円周上における輝度の最大値と最小値の差Ｂｉを求め、その差Ｂｉが所定の閾値（以下、「輝度差閾値」と記する）Ｂｔｈより小さい場合に限り積分値Ｉｉ、あるいはその差分値ΔＩｉが有効であるとすることでコンタクトレンズ１０の検出精度の低下を防いでいる。なお、この方法はコンタクトレンズ１０の検出精度だけでなく瞳孔２０の検出精度の低下を防ぐ上でも有効である。
【００２０】
図４は、コンタクトレンズ１０および瞳孔２０の検出精度の低下を防ぐ動作を説明するための図である。積分円Ｃｉが瞳孔領域内部や虹彩領域内部等、比較的輝度の均一な領域に位置する場合には円周上の画像データの輝度ばらつきは小さい。図４（ａ）に、円環状の中輝度領域である虹彩領域に位置する積分円Ｃを示している。この場合、円周上の輝度の最大値と最小値との差Ｂｉは小さく、輝度差閾値Ｂｔｈ以下となる。しかし、例えば図４（ｂ）に示すように、積分円Ｃ１〜Ｃｎの中心５０が眉毛や髪の毛等の一部に位置するときには、円周上の輝度は眉毛上では低く皮膚の部分では高くなるため、輝度の最大値と最小値との差Ｂｉは大きくなる。このように、各積分円Ｃｉの円周上の輝度の最大値と最小値との差Ｂｉを求め、その差Ｂｉが輝度差閾値Ｂｔｈより小さい場合に限り積分値Ｉｉ、あるいはその差分値ΔＩｉが有効であるとすることで、瞳孔２０または虹彩画像以外の領域で偶発的に差分値ΔＩｉの絶対値が大きな値を示しても、コンタクトレンズ１０または瞳孔２０と誤って検出することがなくなり、検出精度の低下を防止できる。
【００２１】
なお、輝度差閾値Ｂｔｈとしては円周上の輝度データの予想されるばらつきよりわずかに大きく設定することが望ましい。経験的には、虹彩３０の平均輝度と瞳孔２０の平均輝度との差よりも大きく、肌の平均輝度と瞳孔２０の平均輝度との差よりも小さく設定するとよい。例えば、２５６階調の画像信号の場合、瞳孔２０の平均輝度が４０階調程度、虹彩３０の平均輝度が１００階調程度、肌の平均輝度が２００階調程度となるため、輝度差閾値としては６０〜１６０の間で設定するとよい。
【００２２】
また、積分円が瞳孔２０上にある場合の積分値Ｉはおよそ４０×８＝３２０であり、積分円が虹彩３０上にある場合の積分値Ｉはおよそ１００×８＝８００であるので、第１の差分閾値ΔＩｔｈ１としては、その差４８０の半分程度、すなわち２４０程度に設定するとよい。
【００２３】
さらに、積分円がコンタクトレンズ１０の円周部分の内側の高輝度部分１１にある場合の積分値Ｉはおよそ８０×８＝６４０であり、外側の低輝度部分１２にある場合の積分値Ｉはおよそ４０×８＝３２０であるので、第２の差分閾値ΔＩｔｈ２の絶対値としてはその差３２０の半分程度、すなわち１６０程度に設定するとよい。
【００２４】
図５は、本実施の形態における瞳孔検出装置２００の回路ブロック図である。瞳孔検出装置２００は、目画像上に積分円Ｃ１〜Ｃｎを設定し各積分円Ｃｉの円周上の画像データを抽出する画像データ抽出部２２０、抽出された画像データを積分円Ｃｉ毎に周回積分する周回積分部２３０、各積分円毎に画像データの最大値と最小値との差Ｂｉを求める輝度差算出部２４０、積分値Ｉｉの半径Ｒｉに対する差分値ΔＩｉを求め差分値ΔＩｉが第１の差分閾値ΔＩｔｈ１よりも大きいかまたは第２の差分閾値ΔＩｔｈ２よりも小さいときの差分値ΔＩｉと積分円の半径Ｒを出力する変化円検出部２５０、積分円Ｃ１〜Ｃｎの中心座標（Ｘ、Ｙ）を指示するポインタ部２６０、変化円検出部２５０が出力した積分円の半径Ｒとそのときのポインタ部２６０の示す位置座標（Ｘ、Ｙ）とを記憶する変化円保持部２８０、変化円保持部２８０が記憶している複数の積分円の中から瞳孔２０に対応する積分円を選び出すとともに、コンタクトレンズ１０に対応する積分円の有無を検出する瞳孔・レンズ選択部２９０を備えている。
【００２５】
図６は、画像データ抽出部２２０の回路図である。あわせて図６には１つの積分円Ｃｉに対応する加算器２３０ｉおよび輝度差算出器２４０ｉをも示している。画像データ抽出部２２０は部分フレームメモリ２２２とそこから画像データを引き出すための引き出し線Ｌから構成されている。部分フレームメモリ２２２はファーストイン−ファーストアウト型（以下、「ＦＩＦＯ型」と略記する）のラインメモリ２２４を複数個直列に接続したものである。そして、引き出し線Ｌｉによって画像上で積分円Ｃｉに対応するｍ個の画素から画像データを引き出している。なお、図面を見やすくするため図６には１つの積分円Ｃｉとその円周上にある４個の画素データを引き出す引き出し線Ｌｉのみを示したが、本実施の形態においては２０個の積分円Ｃ１〜Ｃ２０から各々８個ずつデータの引き出し線が引き出されている。
【００２６】
そして、部分フレームメモリ２２２に１画素ずつ画像データを入力する毎に部分フレームメモリ２２２に保持されている画像全体が１画素ずつシフトするので、引き出し線Ｌｉから引き出される画像データも１画素ずつシフトすることになる。すなわち、部分フレームメモリ２２２に画像データを１画素分入力すると目画像上では積分円Ｃ１〜Ｃｎが右に１画素分移動し、１ライン分の画像データを入力すると目画像上では積分円Ｃ１〜Ｃｎが１ライン分下へ移動する。こうして、１フレーム分の画像データが部分フレームメモリ２２２に入力する間に、目画像上では積分円Ｃ１〜Ｃｎが目画像全体を走査することになる。このときの積分円の中心座標（Ｘ、Ｙ）はポインタ部２６０のＸカウンタ２６２およびＹカウンタ２６４の出力によって示される。
【００２７】
周回積分部２３０は積分円Ｃ１〜Ｃｎの各々に対して独立な加算器２３０１〜２３０ｎを備え、各積分円Ｃｉの円周上に位置するｍ個の画像データを加算し、各々の加算結果を積分値Ｉｉとして変化円検出部２５０へ出力する。
【００２８】
輝度差算出部２４０は積分円Ｃ１〜Ｃｎの各々に対して独立な輝度差算出器２４０１〜２４０ｎを備え、各々の輝度差算出器２４０ｉは積分円Ｃｉの円周上に位置するｍ個の画素データの最大値を検出する最大値検出器２４１ｉ、最小値を検出する最小値検出器２４２ｉ、最大値と最小値の差Ｂｉを計算する減算器２４３ｉ、差Ｂｉと輝度差閾値Ｂｔｈとを比較するコンパレータ２４４ｉを備えている。そしてｎ個の比較結果を変化円検出部２５０へ出力する。
【００２９】
変化円検出部２５０は、減算器２５２１〜２５２ｎ−１、セレクタ２５３、コンパレータ２５４を備える。減算器２５２ｉは、各積分円Ｃｉに対する積分値Ｉｉの半径Ｒに対する差分を求める。すなわち、積分円Ｃ１〜Ｃｎのうち、半径の１つ違う積分円ＣｉとＣｉ−１とに対する積分値ＩｉとＩｉ−１との差分値ΔＩｉを求める。ただし、積分円Ｃｉに対する画像データの最大値と最小値との差Ｂｉが輝度差閾値Ｂｔｈよりも大きい場合には差分値ΔＩｉを強制的に０に設定する。そしてセレクタ２５３およびコンパレータ２５４は、差分値ΔＩｉが第１の差分閾値ΔＩｔｈ１より大きいかまたは第２の差分閾値ΔＩｔｈ２より小さくなる積分円（以下、「変化円」と略記する）Ｃの半径Ｒを変化円保持部２８０に出力するとともに、その差分値ΔＩも評価値Ｊ０として変化円保持部２８０に出力する。このとき積分円Ｃｉに対する画像データの最大値と最小値との差Ｂｉが輝度差閾値Ｂｔｈよりも大きい場合、減算器２５２ｉは差分値ΔＩｉを強制的に０に設定するので、差Ｂｉが輝度差閾値Ｂｔｈよりも大きい場合には半径Ｒｉが変化円保持部２８０に出力されることはない。図３を用いて説明したように、画像によっては差分値ΔＩｉの絶対値が偶発的に大きな値を示すことがある。しかし、積分円Ｃ１〜Ｃｎの中心５０が瞳孔２０またはコンタクトレンズ１０の中心と一致している場合には、画素データの最大値と最小値との差Ｂｉはある限られた値以下となる。したがって、差Ｂｉが輝度差閾値Ｂｔｈよりも大きい場合の情報を除くことにより瞳孔２０およびコンタクトレンズ１０の誤検出の可能性を減らすことができ、検出精度を上げることができる。
【００３０】
図７は変化円保持部２８０および瞳孔・レンズ選択部２９０の回路ブロック図である。変化円保持部２８０は、同じ構成の複数の最大値検出器２８０１〜２８０ｋが縦続接続されている。最大値検出器２８０ｉの各々は、変化円のＸ座標、Ｙ座標、半径Ｒおよび評価値Ｊの最大値を保持するレジスタ２８２ｉ、２８３ｉ、２８４ｉおよびレジスタ２８５ｉ、入力した評価値Ｊｉ−１とレジスタ２８５ｉに保持している評価値Ｊｉとを比較するコンパレータ２８１ｉ、入力したＸ座標、Ｙ座標、半径Ｒおよび評価値Ｊと保持しているＸ座標、Ｙ座標、半径Ｒおよび評価値Ｊのいずれかを選択するセレクタ２８６ｉ、２８７ｉ、２８８ｉおよびセレクタ２８９ｉを備えている。
【００３１】
先頭の最大値検出器２８０１には、積分円の座標を示すポインタ部２６０のＸカウンタ２６２およびＹカウンタ２６４の出力Ｘ０、Ｙ０が入力され、変化円検出部２５０の出力Ｒ０も入力されている。そして、変化円検出部２５０から出力される評価値Ｊ０がレジスタ２８５１の保持している評価値Ｊ１よりも大きい場合には、それまでレジスタ２８２１〜２８５１に保持していたＸ座標Ｘ１、Ｙ座標Ｙ１、半径Ｒ１、評価値Ｊ１をセレクタ２８６１〜２８９１を介して２番目の最大値検出器２８０２に出力するとともに、新しく入力したＸ座標Ｘ０、Ｙ座標Ｙ０、半径Ｒ０、評価値Ｊ０をレジスタ２８２１〜２８５１に保持する。評価値Ｊ０が評価値Ｊ１以下の場合には新しく入力したＸ座標Ｘ０、Ｙ座標Ｙ０、半径Ｒ０、評価値Ｊ０をセレクタ２８６１〜２８９１を介して２番目の最大値検出器２８０２に出力する。
【００３２】
２番目の最大値検出器２８０２は、１番目の最大値検出器２８０１から出力される評価値Ｊ１がレジスタ２８５２の保持している評価値Ｊ２よりも大きい場合には、それまでレジスタ２８２２〜２８５２に保持していたＸ座標Ｘ２、Ｙ座標Ｙ２、半径Ｒ２、評価値Ｊ２を３番目の最大値検出器２８０３に出力するとともに、新しく入力したＸ座標Ｘ１、Ｙ座標Ｙ１、半径Ｒ１、評価値Ｊ１をレジスタ２８２２〜２８５２に保持する。評価値Ｊ１が評価値Ｊ２以下の場合には新しく入力したＸ座標Ｘ１、Ｙ座標Ｙ１、半径Ｒ１、評価値Ｊ１を３番目の最大値検出器２８０３に出力する。
【００３３】
以下同様に、ｉ番目の最大値検出器２８０ｉは、上流側の最大値検出器２８０ｉ−１から出力される評価値Ｊｉ−１がそれまで保持していた評価値Ｊｉよりも大きい場合には、それまで保持していたデータを下流側の最大値検出器２８０ｉ＋１に出力するとともに上流側のデータを保持する。評価値Ｊｉ−１が評価値Ｊｉ以下の場合には上流側のデータを下流側に出力する。
【００３４】
その結果、先頭の最大値検出器２８０１には最も評価値の大きい変化円に対するＸ座標Ｘ１、Ｙ座標Ｙ１、半径Ｒ１、評価値Ｊ１が保持され、２番目の最大値検出器２８０２には２番目に評価値の大きい変化円に対するＸ座標Ｘ２、Ｙ座標Ｙ２、半径Ｒ２、評価値Ｊ２が保持され、ｉ番目の最大値検出器２８０ｉにはｉ番目に評価値の大きい変化円に対するＸ座標Ｘｉ、Ｙ座標Ｙｉ、半径Ｒｉ、評価値Ｊｉが保持される。そして、正の評価値をもつ変化円は瞳孔２０の候補となり、負の評価値をもつ変化円はコンタクトレンズ１０の候補となる。
【００３５】
なお、本実施の形態においては、変化円保持部２８０は複数の最大値検出器２８０ｉ〜２８０Ｋを縦続接続したものとして構成し、ここで保持された変化円のうち正の評価値をもつ変化円は瞳孔２０の候補であり、負の評価値をもつ変化円はコンタクトレンズ１０の候補であるとして説明した。しかし、変化円保持部２８０としてはこの構成に限られるものではない。例えば、最大値検出器を縦続接続した第１の変化円保持部と、最小値検出器を縦続接続した第２の変化円保持部とを設け、第１の変化円保持部には正の評価値をもつ変化円を保持し、第２の変化円保持部には負の評価値をもつ変化円を保持する。このような構成によれば、正の評価値をもつ瞳孔２０の候補と負の評価値をもつコンタクトレンズ１０の候補とを分離して保持することができる。
【００３６】
瞳孔・レンズ選択部２９０は、変化円保持部２８０に保持されている複数の変化円の中から最も大きい評価値をもつ変化円の位置座標および半径を瞳孔２０の位置座標および半径として認証処理部１４０へ出力してもよい。しかし本実施の形態においては、まつげ等を瞳孔２０と間違って検出する等の誤検出をなくすために、以下のような処理を行う。
【００３７】
まず、瞳孔・レンズ選択部２９０は、正の評価値をもつ変化円を瞳孔候補として選び出す。そしてそれぞれの瞳孔候補の中心位置から所定の距離以内の領域に他の瞳孔候補の中心位置が存在する瞳孔候補を１つ選び出し、その位置座標および半径を瞳孔２０の位置座標および半径として認証処理部１４０へ出力する。本実施の形態においては所定の距離を１．５画素とした。したがって、瞳孔・レンズ選択部２９０は瞳孔候補のそれぞれについて、瞳孔候補の位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）に隣接する上下左右の４画素と、斜め方向４画素分の合計８箇所の画素位置に含まれる瞳孔候補の数を数え、このとき最も多くの瞳孔候補が含まれる瞳孔候補を真の瞳孔２０として選択する。その結果、瞳孔・レンズ選択部２９０によって選択された瞳孔２０は、その周囲に他の瞳孔候補の存在する瞳孔２０となり、まつげ等により偶発的に差分値ΔＩｉが大きくなることにより生じた瞳孔候補を除外することができる。
【００３８】
つぎに瞳孔・レンズ選択部２９０は、負の評価値をもつ変化円の中心座標が、検出した瞳孔２０の中心位置から所定の距離以内の領域に存在するか否かを調べる。そして、変化円が存在する場合にはその変化円の位置座標および半径をコンタクトレンズ１０の位置座標および半径として認証処理部１４０へ出力し、存在しない場合にはコンタクトレンズ１０が検出されなかった旨の信号を認証処理部１４０へ出力する。上記所定の距離としては、例えば瞳孔半径でもよく、この場合には、負の評価値をもつ変化円の中心座標が、検出した瞳孔２０の領域に存在するか否かを調べることになる。なお、虹彩認証の障害となるコンタクトレンズ１０の半径はおよそ８ｍｍであるので、負の評価値をもつ変化円のうち、例えば５ｍｍ〜１２ｍｍ以外の半径をもつ変化円は除外してもよい。
【００３９】
つぎに、瞳孔検出装置２００の動作について説明する。以下の説明では、目画像データが順次走査データであり、１フレームが、例えば４８０ライン×６４０ピクセルのデジタルデータで構成されているものとする。図８は、本実施の形態における瞳孔検出装置２００の目画像１フレーム分の動作を示すフローチャートである。
【００４０】
まず瞳孔検出装置２００は１画素分の画像データを取り込む（Ｓ５１）。取り込んだ画像データが１フレームの先頭のデータであれば（Ｓ５２）、Ｙカウンタ２６４をリセットするとともに、変化円保持部２８０の各レジスタ２８２〜２８５をリセットする（Ｓ５３）。取り込んだデータが１ラインの先頭のデータであれば（Ｓ５４）、Ｘカウンタ２６２をリセットし、Ｙカウンタ２６４をインクリメントする（Ｓ５５）。そして、Ｘカウンタ２６２をインクリメントする（Ｓ５６）。
【００４１】
つぎに、取り込んだ画像データを部分フレームメモリ２２２に取り込む。すると目画像上でｎ個の積分円Ｃ１〜Ｃｎに対応する画素のうち各々の積分円Ｃｉからｍ個ずつ、ｎ×ｍ個の画像データが引き出される。そして各積分円Ｃｉに対応する加算器２３０ｉはそれぞれ画像データの積分値Ｉｉを算出し、輝度差算出器２４０ｉは画像データの最大値と最小値との差Ｂｉを算出する。変化円検出部２５０はそれぞれの積分値Ｉｉの差分値ΔＩｉを計算する。ただしこのとき、差Ｂｉが輝度差閾値Ｂｔｈよりも大きい場合には差分値ΔＩｉを強制的に０とする（Ｓ５７）。そして、コンパレータ２５４が差分値ΔＩｉと第１の差分閾値ΔＩｔｈ１および第２の差分閾値ΔＩｔｈ２とを比較し（Ｓ５８）、差分値ΔＩｉが第１の差分閾値ΔＩｔｈ１より大きいかまたは第２の差分閾値ΔＩｔｈ２より小さい場合には、変化円保持部２８０はこのときのＸカウンタ２６２、Ｙカウンタ２６４および積分円の半径Ｒｏを保持するとともにその差分値ΔＩｉも評価値Ｊｏとして保持する。このとき変化円保持部２８０は評価値の大きい順に瞳孔候補を並べ替え最大ｋ個の瞳孔候補を保持する（Ｓ５９）。つぎに、取り込んだデータが１フレームの末尾のデータであるか否かを判定し（Ｓ６０）、末尾でなければステップＳ５１に戻る。
【００４２】
入力される画像データが１フレームの最後の画素にいたったときは、瞳孔・レンズ選択部２９０は、正の評価値をもつ変化円を瞳孔候補とし、それぞれの瞳孔候補に対してその中心座標に隣接する画素位置に存在する他の瞳孔候補の数を計算し、その値が最も大きい瞳孔候補のＸ座標、Ｙ座標および半径の値を真の瞳孔２０のＸ座標Ｘｏ、Ｙ座標Ｙｏおよび瞳孔半径Ｒｏとして認証処理部１４０へ出力する（Ｓ６１）。さらに、負の評価値をもつ変化円の中心座標が真の瞳孔２０の領域内部に存在するか否かを調べ、存在する場合にはその変化円の位置座標および半径をコンタクトレンズ１０の位置座標および半径として認証処理部１４０へ出力し、存在しない場合にはコンタクトレンズ１０が検出されなかった旨の信号を認証処理部１４０へ出力する（Ｓ６２）。
【００４３】
以上の、ステップＳ５１からステップＳ６０までの一連の動作は、部分フレームメモリ２２２に画像データを１画素分入力する毎に実行される。例えばフレーム周波数が３０Ｈｚ、目画像が６４０×４８０画素で構成されている場合、１／（３０×６４０×４８０）秒以下の時間で上記の一連の動作が実行される。そして、部分フレームメモリ２２２に１画素入力されると積分円は画像上で１画素分移動するので、１フレームの画像を入力する間に積分円が画像上を１回走査することになる。このようにして、比較的小規模な回路を用いて、撮像部１２０で撮像された画像データに対してリアルタイムでコンタクトレンズ１０および瞳孔２０を検出することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態においては同心円状の積分円の数を２０、１つの積分円から引き出す画像データの数を８個としたが、これらの数は検出精度、処理時間、回路規模等との兼ね合いで決定することが望ましい。
【００４５】
図９は本実施の形態における瞳孔検出装置２００を用いた虹彩認証装置１００の動作を示すフローチャートの一例を示す図であり、図９（ａ）は使用者の虹彩３０の模様を示す虹彩コードを登録する際に用いるフローチャート、図９（ｂ）は個人認証を行う際に用いるフローチャートである。この虹彩認証装置１００の例では、照明に工夫がなされており、虹彩コードを登録する際には使用者の目に斜め方向から近赤外線を照射して目画像を取得する。そして個人認証を行う際には、最初の認証動作においては、眼鏡による反射光の影響を受け難くするために使用者の目に斜め方向から近赤外線を照射する。そしてこのときコンタクトレンズ１０が検出されると、つぎはコンタクトレンズ１０の円周部分の画像の影響を比較的受け難い正面からの照明光に切り替えるというものである。
【００４６】
まず、虹彩コードを登録する際の動作について説明する。図９（ａ）に示すように、使用者が虹彩認証装置１００の前に立つ等により認証動作を開始させると、照明部１３０は使用者の目に斜め方向から近赤外線を照射するための赤外発光ダイオード１３１を点灯させる（Ｓ２１）。そして撮像部１２０が使用者の目画像を撮像する（Ｓ２２）。瞳孔検出装置２００が瞳孔２０を検出できなかった場合はステップＳ２２に戻り、再度目画像を撮像する（Ｓ２３）。
【００４７】
瞳孔検出装置２００がコンタクトレンズ１０を検出した場合には（Ｓ２４）、「コンタクトレンズをはずしてください。」等のメッセージを出力した後、ステップＳ２２に戻る（Ｓ２５）。
【００４８】
瞳孔検出装置２００がコンタクトレンズ１０を検出しなかった場合には（Ｓ２４）、認証処理部１４０は瞳孔２０の中心座標にもとづき目画像データの中から虹彩画像を切り出す。そして、虹彩画像を虹彩３０の模様を示す固有の虹彩コードに変換し、使用者の虹彩コードとして登録する（Ｓ２６）。
【００４９】
つぎに、個人認証を行う際の動作について説明する。図９（ｂ）に示すように、使用者が虹彩認証装置１００の前に立つ等により認証動作を開始させると、照明部１３０は使用者の目に斜め方向から近赤外線を照射するための赤外発光ダイオード１３１を点灯させる（Ｓ１１）。そして撮像部１２０が使用者の目画像を撮像する（Ｓ１２）。瞳孔検出装置２００が瞳孔２０を検出できなかった場合はステップＳ１２に戻り、再度目画像を撮像する（Ｓ１３）。
【００５０】
瞳孔検出装置２００がコンタクトレンズ１０を検出した場合には（Ｓ１４）、照明部１３０の赤外発光ダイオード１３１、１３２の点灯状態を調べる（Ｓ１５）。このとき正面から近赤外線を照射する正面照明用の赤外発光ダイオード１３２が点灯していなければ、コンタクトレンズ１０の円周部分の画像の影響を比較的受け難い正面からの照明光に切り替えるために、赤外発光ダイオード１３２を点灯させ赤外発光ダイオード１３１を消灯し、ステップＳ１２へ戻る（Ｓ１６）。すでに正面照明用の赤外発光ダイオード１３２が点灯していれば、認証処理部１４０は瞳孔２０の中心座標にもとづき目画像データの中から虹彩画像を切り出す。そして、虹彩画像を虹彩３０の模様を示す固有の虹彩コードに変換し、登録されている虹彩コードと比較することによって認証動作を実行する（Ｓ１７）。
【００５１】
なお、上述の実施の形態における虹彩認証装置１００の虹彩コード登録時においては、コンタクトレンズ１０を検出した場合照明を切り替えたが、これ以外にも使用者を撮像部１２０から離れるように誘導し、コンタクトレンズ１０の影を小さくする等のステップを組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
本発明は、高速にかつ精度よく瞳孔位置を検出するとともに、コンタクトレンズの有無を検出することができるので、使用者の目画像の中からコンタクトレンズの有無を検出するコンタクトレンズ検出機能つき瞳孔検出装置およびそれを用いた虹彩認証装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明の実施の形態における瞳孔検出装置を用いた虹彩認証装置の回路ブロック図
【図２】同瞳孔検出装置の瞳孔検出方法を説明するための図
【図３】同瞳孔検出装置のコンタクトレンズ検出方法を説明するための図
【図４】コンタクトレンズおよび瞳孔の検出精度の低下を防ぐ動作を説明する図
【図５】本発明の実施の形態における瞳孔検出装置の回路ブロック図
【図６】同瞳孔検出装置の画像データ抽出部の回路図
【図７】同瞳孔検出装置の変化円保持部および瞳孔・レンズ選択部の回路ブロック図
【図８】同瞳孔検出装置の目画像１フレーム分の動作を示すフローチャート
【図９】同瞳孔検出装置を用いた虹彩認証装置の動作を示すフローチャート
【符号の説明】
【００５４】
１０    コンタクトレンズ
１１    高輝度部分
１２    低輝度部分
２０    瞳孔
３０    虹彩
５０    積分円の中心
１００    虹彩認証装置
１２０    撮像部
１３０    照明部
１４０    認証処理部
２００    瞳孔検出装置
２２０    画像データ抽出部
２３０    周回積分部
２４０    輝度差算出部
２５０    変化円検出部
２６０    ポインタ部
２８０    変化円保持部
２９０    瞳孔・レンズ選択部
【図１】
2006345891.tif 000003
【図２】
2006345891.tif 000004
【図３】
2006345891.tif 000005
【図４】
2006345891.tif 000006
【図５】
2006345891.tif 000007
【図６】
2006345891.tif 000008
【図７】
2006345891.tif 000009
【図８】
2006345891.tif 000010
【図９】
2006345891.tif 000011