(57)【要約】【課題】  認証精度が高く、個人情報の保護に配慮した情報分散型の認証システムを可能にする、静脈パターンによる個人認証装置と認証方法を提供する。また、この認証方法を応用したロボット制御装置と制御方法を提供する。【解決手段】  この認証装置１では、手首の静脈画像を撮影するための光源２２及びカメラ２１からなる画像入力部１１で撮像する。ついで、この手首の静脈画像より画像処理部１２において抽出した静脈パターンと、あらかじめ情報登録格納部１４に格納された静脈パターンとを、認証処理部１３において照合する。これにより、個人認証を行うことができる。また、ロボット制御装置は、前記した認証装置１とロボットとを備えている。ロボットは、認証装置１からロボットに送信された照合結果が肯定的である場合に実質的な動作を起動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
手首の静脈画像を撮影するための光源及びカメラと、あらかじめ、手首の静脈パターンを格納しておく記憶部と、撮影された静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを前記格納された手首の静脈パターンと照合して個人認証を行う認証処理部とを有し、かつ、携帯が可能となっていることを特徴とする個人認証装置。
【請求項２】
前記装置は、操作者の身体に装着されるものであることを特徴とする請求項１に記載の個人認証装置。
【請求項３】
前記装置は、携帯電話に備えられていることを特徴とする請求項１または２に記載の個人認証装置。
【請求項４】
前記光源およびカメラは、前記装置に形成されたくぼみの内側に配置され、かつ、くぼみの外部に突出しない構成となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の個人認証装置。
【請求項５】
さらに、画像処理部を有し、前記画像処理部は、撮影された手首の静脈画像について、位置ずれや回転を補正するものであり、前記認証処理部は、前記補正した前記手首の静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出して前記個人認証を行うことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の個人認証装置。
【請求項６】
前記あらかじめ格納された静脈パターンは書き換え可能であり、かつ、一人分のみであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の個人認証装置。
【請求項７】
認証を必要とする外部装置に対して、生体情報そのものではなく、前記個人認証の照合結果を送信することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の個人認証装置。
【請求項８】
以下のステップを備えることを特徴とする個人認証方法：
（１）手首の静脈画像を撮影するステップ；
（２）あらかじめ、手首の静脈パターンを記憶部に格納しておくステップ；
（３）撮影された静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを前記格納された手首の静脈パターンと照合して個人認証を行うステップ。
【請求項９】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の個人認証装置とロボットとを備え、前記ロボットは、前記個人認証装置から前記ロボットに送信された照合結果が肯定的である場合に実質的な動作を起動する構成となっていることを特徴とするロボット制御装置。
【請求項１０】
以下のステップを備えることを特徴とする、個人認証を用いたロボット制御方法：
（１）手首の静脈画像を撮影するステップ；
（２）あらかじめ、手首の静脈パターンを記憶部に格納しておくステップ；
（３）撮影された静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを前記格納された手首の静脈パターンと照合して個人認証を行い、照合結果をロボットに送信するステップ；
（４）前記照合結果が肯定的である場合に、ロボットの実質的な動作を起動するステップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、手首の静脈パターンによる個人認証装置、これを用いたロボット制御装置、認証方法、及びこれを用いたロボット制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
身体の一部や行動の特徴は、人間個体に応じて異なる。そこで、これを利用して本人の認証を行なう技術が存在する。例えば、指紋、虹彩、音声、手の甲や指の静脈などに基づく認証技術が提案されている。これらの認証技術においては、あらかじめ登録された個人の生体情報を集中的に管理し、被認証者の生体情報と前記登録生体情報を照合し、認証の可否を決定する。本明細書では、このような認証技術を、装置型の認証技術と称する。
【０００３】
しかしながら、これら装置型の認証技術は、予め取得した個人の生体情報を格納するデータベースを認証装置自体に備えたり、あるいは通信ネットワークを介してデータベースと認証装置とを接続したりする必要があり、そのために装置型認証システムの利用者は個人情報の管理に膨大なコストと手間をかける必要が生ずる。
【０００４】
一方こうした情報管理の煩雑さを省くため、腕時計等のインターフェイスに指紋検出機能を備えることによって、セキュリティを高めるものが提案されている。しかし、指紋を用いた認証に関しては、事前に指紋採集の必要があり、そのこと自体に対して、利用者における心理的抵抗が強いという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたもので、個人情報の保護に配慮した情報分散型の認証システムを可能にする、静脈パターンによる個人認証装置及び認証方法を提供しようとするものである。また、本発明の他の目的は、認証精度が高い個人認証装置及び認証方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる個人認証装置は、手首の静脈画像を撮影するための光源及びカメラと、あらかじめ手首の静脈パターンを格納しておく記憶部と、撮影された静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを前記格納された静脈パターンと照合して個人認証を行う認証処理部とを有している。
【０００７】
前記装置は操作者の身体に装着される腕時計のようなものであってよい。また。前記装置は携帯電話に備えられていてもよい。
【０００８】
前記光源は、たとえば近赤外線である。前記カメラはたとえばCCDカメラである。
【０００９】
前記カメラと光源は近接し、同一方向を向いていることが好ましい。また、前記カメラと光源とは、装置に形成されたくぼみに位置し、かつ、くぼみの外部に突出しないように構成されているものでもよい。この場合は、カメラや光源が人の皮膚に直接接触しないようにすることができる。
【００１０】
前記装置によって撮影された手首の静脈画像については、画像処理部により、装置の装着により生じた位置ずれや回転を補正し、静脈パターンの抽出を行うこともできる。
【００１１】
前記手首の静脈画像は、手首の甲側、手首の手のひら側などの任意の位置におけるものであってよい。ただし、格納された静脈パターンを取得した位置と実質的に同じ位置であることが望ましい。
【００１２】
記憶部にあらかじめ格納された静脈パターンを書き換え可能としてもよい。格納する静脈パターンを、一人分のみとしてもよい。
【００１３】
本発明に係る認証装置による認証結果を、認証が必要な外部装置のために用いることができる。この場合、認証装置は、外部装置に対して、生体情報そのものではなく、照合結果を送信することができる。外部装置は、照合結果に応じて、動作を制御することができる。ここで、外部装置とは、例えば、ロボットやドアなど、制御の対象となる装置である。
【００１４】
本発明に係る個人認証方法は、以下のステップを備えている：
（１）手首の静脈画像を撮影するステップ；
（２）あらかじめ登録された手首の静脈パターンを記憶部に格納しておくステップ；
（３）撮影された静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを前記登録された手首の静脈パターンと照合して個人認証を行うステップ。
【００１５】
本発明に係るロボット制御装置は、前記した本発明に係る個人認証装置とロボットとを備えている。前記ロボットは、前記個人認証装置から前記ロボットに送信された照合結果が肯定的である場合に実質的な動作を起動する構成となっている。
【００１６】
本発明に係る、個人認証を用いたロボット制御方法は、以下のステップを備えている：
（１）手首の静脈画像を撮影するステップ；
（２）あらかじめ登録された手首の静脈パターンを記憶部に格納しておくステップ；
（３）撮影された静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを前記登録された手首の静脈パターンと照合して個人認証を行い、照合結果をロボットに送信するステップ；
（４）前記照合結果が肯定的である場合に、ロボットの実質的な動作を起動するステップ。
【発明の効果】
【００１７】
本発明では、個人情報となりうる個人の静脈パターンを、携帯型である個人認証装置の記憶部に格納している。よって、サーバに静脈パターンを登録しておく必要がない。仮に、サーバに個人情報を登録すると、ネットワーク経由の侵入や情報盗用により、個人情報が流出する可能性がある。これに対して、本発明によれば、個人情報の保護に配慮した情報分散型の認証システムを構築することが可能になる。
【００１８】
また、本発明においては、撮影された静脈画像の位置ずれや回転を、画像処理部により補正してもよい。このようにすると、撮影された静脈パターンと登録された静脈パターンとの照合の精度を上げることができる。すると、認証処理部における認証精度を向上させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（第１実施形態の構成）
以下、本発明の第１実施形態に係る認証装置１の構成を、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００２０】
本実施形態の認証装置１は、携帯可能な大きさとなっている。具体的には、ベルト３を介して腕１０に取り付けられる程度の大きさとなっている（図２）。すなわち、本実施形態の認証装置１は、ほぼ腕時計型の外観を呈している。
【００２１】
認証装置１は、画像入力部１１と画像処理部１２と認証処理部１３と情報登録格納部（記憶部に相当）１４と無線部１５と、りゅうずスイッチ４とを備えている。
【００２２】
画像入力部１１は、カメラ２１と光源２２とを備えている。光源２２はたとえば近赤外線を発するＬＥＤ（Light Emitting Device）である。画像入力部１１は、りゅうずスイッチ４によりオンとなり、光源２２から近赤外線を発光し、その反射光をカメラ２１で検出することによって、ユーザの静脈の画像を撮影することができるようになっている。動脈と静脈では酸素含有量が異なるため赤外線の吸収率が異なるので、静脈の配置パターンを示す静脈画像を、動脈とは区別して検出することができる。画像入力部１１は、認証装置１における、人に接する面に位置する（図３）。さらに、カメラ２１と光源２２は、認証装置１の一面（人体側に面する側）に形成されたくぼみ１６の内側に位置している（図４）。カメラ２１と光源２２とは、いずれも、くぼみ１６の外側に突出しない高さとされている。
【００２３】
画像処理部１２は、画像入力部１１で撮像した手首画像に対し、前処理として雑音除去、グレースケール化、画像の切り出し、メディアンフィルタリング、ヒストグラムの正規化を行うものである。この手順は、解析に必要な周波数範囲に画像の解像度を低下させて行うものとする。このような画像処理は既に知られているので詳細な説明は省略する。
【００２４】
さらに、本実施形態の画像処理部１２では、撮像された静脈画像のずれや回転の補正を行う。
【００２５】
認証処理部１３は、前記画像処理部１２で生成された静脈画像から静脈パターンを抽出し、抽出した静脈パターンを、情報登録格納部１４にあらかじめ格納された静脈パターンと照合し、認証／非認証を決定する。
【００２６】
本実施形態の画像処理部１２及び認証処理部１３は、例えば、コンピュータのメモリに格納されたコンピュータプログラムをＣＰＵによって実行することにより、実装することができる。情報登録格納部１４は、例えば、コンピュータの内部メモリ又は外部メモリ（ハードディスクなどの記憶装置である場合を含む）によって構成することができる。
【００２７】
（第１実施形態の動作）
次に本実施形態における認証装置の動作を、図５を参照しながら説明する。
【００２８】
（ステップＳ２０１〜Ｓ２０３）
情報登録格納部１４に、所定の被認証者についての、静脈パターンのデータを格納する。この格納は事前に被認証者が自ら手首の任意の位置の静脈画像を、画像入力部１１で撮像し（Ｓ２０１）、撮影された画像をパターン化し（Ｓ２０２）、情報登録格納部１４に格納する（Ｓ２０３）ことにより行う。このパターン化作業は既知の手法を利用して実施できるので詳細な説明は省略する。この作業は、腕時計型とされた認証装置１を、図２に示されるように、通常の装着位置に取り付けた状態で行うことが好ましい。
【００２９】
なお、腕時計や携帯電話は、貸し借りを前提とするものではないため、本装置においては、静脈パターンを一人分のみしか格納できないものとすることも可能である。さらに、情報登録格納部１４は認証回数及び認証結果のログを格納する。
【００３０】
また、情報登録格納部１４に登録された画像は書き換えが可能となっている。
【００３１】
（ステップＳ１０１及びＳ１０２）
被認証者は必要に応じ認証を行うことができる。認証を行う場合は、登録時に撮影した手首の位置もしくは近接する位置に認証装置１をセットする（Ｓ１０１）。通常、腕時計を装着する場所は決まっており、大抵は、ステップＳ２０１において装着した位置と同じ位置に認証装置１を配置することができる。装置１の位置を決定後、これをベルト３で軽く固定し、親指位置にあるりゅうずスイッチ４を押す。これにより、近赤外線の光源２２が発光し、その反射光をカメラ２１で検出して、撮像を行うことができる（Ｓ１０２）。
【００３２】
カメラ２１と光源２２は、認証装置１のくぼみに位置するものであることから、外乱光が入射しにくく、安定した静脈画像が撮像できる。
【００３３】
また、カメラ２１と光源２２とを認証装置１のくぼみ１６に配置することにより、カメラ２１と光源２２とを皮膚から離間した位置に配置することができる。すると、これらを皮膚に接触させた場合に比較して、光源２２からの反射光をカメラ２１で取得しやすいという利点もある。
【００３４】
（ステップＳ１０３〜Ｓ１０５）
認証精度に最も影響を与えるのが画像処理である。画像処理部１２は、前記撮像した静脈画像に対し、前処理として、雑音除去、グレースケール化、画像の切り出し、メディアンフィルタリング、ヒストグラムの正規化を行う（ステップＳ１０３）。この手順は、解析に必要な周波数範囲に画像の解像度を低下させて行うものとする。さらに画像処理部１２では、撮像された静脈画像のずれや回転の補正を行う（ステップＳ１０４）。その後、静脈画像に含まれる静脈パターンを抽出（パターンデータ化）する（ステップＳ１０５）。
【００３５】
（ステップＳ１０６〜Ｓ１０８）
認証処理部１３は、前記画像処理部１２で生成された静脈パターンと情報登録格納部１４にあらかじめ格納された静脈パターンとを照合し、認証／非認証を決定する。ここでは、画像処理された静脈パターンと、登録情報格納部１４に格納された静脈パターンの双方が一致するか否かを判定する。具体的には、例えば、登録されている静脈パターンと取り込まれた静脈パターンのマッチングを行い、パターンの間の相関を評価値として算出する。評価値の大きさによって本人もしくは他人であると判断される（Ｓ１０７）。
【００３６】
認証が必要な外部装置に対しては、生体情報そのものを通信するのではなく、照合結果を送信することも可能である。外部装置（例えばロボット）は、認証装置１からロボットに送信された照合結果が肯定的である場合に実質的な動作を起動するような構成とすることができる。すなわち、本実施形態の認証装置１は、ロボット制御装置の一部として実装することもできる。
【００３７】
さらに、認証装置１は、情報登録格納部１４に集積された認証回数ログを、照合結果に加えて外部装置に送信する構成であっても良い。
【００３８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態にかかる認証装置を図６に基づいて説明する。この実施形態では画像入力部１１が携帯電話９の表面に備えられている。具体的には、携帯電話９の表面にくぼみが形成され、このくぼみの内側に、画像入力部１１を構成するカメラ２１，光源２２が配置されている。この構成によれば、携帯電話９を把持しながら、画像入力部１１を、手首に近接させ、スイッチを押すことにより、手首の静脈画像を撮影することができる。ここで、画像入力部１１を配置する位置としては、情報登録格納部１４に格納された静脈パターンを取得した位置とすることが好ましい。第２実施形態における他の構成及び利点は、第１実施形態と同様なので、説明を省略する。
【００３９】
つぎに、本発明の前記各実施形態における具体的な実施例を説明する。
【００４０】
（実施例１）
実施例１においては、ステップＳ１０３に記載した前処理の具体例を説明する。前処理は、例えば、以下の（１）〜（３）のステップを行うことにより実施される。
【００４１】
(1)コントラスト強調
装置１を小型化した場合は、画像入力部１１によって得られる静脈画像は、コントラスト比の低いものになることが考えられる。そこで、画像の輝度情報から濃度ヒストグラムを作り、ヒストグラムの規格化を行うことによってコントラストを調整することができる。
【００４２】
(2)雑音除去
本装置１は、使用者の皮膚に接触する接触型となっている。このため、得られた静脈画像においては、輝度むらだけでなく雑音も多く含まれることが予想される。画像中の雑音は認証精度に大きな影響を与えてしまうため、雑音をいかに取り除くことができるかが重要である。そこで、例えば、移動平均フィルタとメディアンフィルタを用いて雑音除去をすることができる。一般的な雑音はこれで十分に削除できるが、サイズの大きな雑音についてはこれらのフィルタだけでは十分ではないので、膨張・収縮処理、あるいはオープニング・クロージング処理などの処理を行うことが好ましい。これらの処理はよく知られているので説明を省略する。
【００４３】
(3)動的閾値処理による二値化
一般的な二値化（グレースケール画像から白黒だけの画像に変換）では、閾値を一つの値に固定して、画像全体の二値化を行う。前記実施形態における認証装置１を超小型とした場合には、撮影部分に対応して、得られる静脈画像において、かなりの輝度むらが予想される。そのため、固定閾値による二値化では静脈形状がうまく現れないケースが多くなる場合も考えられる。そこで、動的閾値処理を利用する。この方法は、画像全体を局所小部分に分け、各小部分について閾値を求め、各部分の輝度むらにあった二値化を行う。動的閾値処理についても、ラプラシアンヒストグラムを利用する方法や、判別分析を利用する方法などを行なうことができる。これらの方法もよく知られているので説明を省略する。
【００４４】
（実施例２）
実施例２においては、ステップＳ１０４に記載した画像補正の具体例を、図７及び図８を参照しながら説明する。
【００４５】
まず、画像入力部１１によって得られた静脈画像の一例を、模式的に、図７に示す。一方、前記第１実施形態において記載したように、認証用の静脈パターンが、情報登録格納部１４に格納されている（図５のステップＳ２０１〜Ｓ２０３）。
【００４６】
（図８のステップＳａ−１）
画像処理部１２は、前処理の終わった静脈画像から、特徴点を抽出する。この実施例では、１入力画像につき３点を抽出することにする。図７では、三つの特徴点６〜８を示している。特徴点は、静脈５における分岐、交差、曲折のいずれかを中心とした領域である。これら３点のうち、最も中央に位置する特徴点を最大特徴点とする。本実施例では、特徴点７を最大特徴点とする。
【００４７】
(ステップＳａ−２)
ついで、一次判別を行う。一次判別では、ステップＳａ−１の処理後に、前記した３点の特徴点の組み合わせが得られたか否かを判別する。ある場合は次のステップに進む。ない場合は処理を終了してステップＳ１０２から処理を繰り返す。
【００４８】
(ステップＳａ−３)
ついで、二次判別を行う。二次判別では、最大特徴点だけを、テンプレートとマッチングさせる。具体的には、例えば次のように行う。
【００４９】
ステップＳ２０２の画像データ化においては、登録される静脈パターンのうち、最大特徴点のみについて、少しずつ回転させた複数の画像を、テンプレート（つまり部分テンプレート）として、情報登録格納部１４に格納しておく。部分テンプレートとしては、例えば、次のようなものを登録することが好ましい。ただし、認証装置を腕時計型とした場合は、装置を腕に装着した場合に、手のひら方向での回転（腕の長さ方向に直交する方向を軸とする回転）は生じないのが通常である。このような場合は、下記（１）の回転に対応する部分テンプレートを用意する必要はないと考えられる。
（１）  手のひら方向に最大＋３０゜〜−３０゜程度の範囲で回転させたもの、及び
（２）  横方向に最大＋３０゜〜−３０゜程度の範囲で回転させたもの。
【００５０】
本実施例の部分テンプレートは、一つの最大特徴点あたり、４〜８枚程度となっている。
【００５１】
ついで、部分テンプレートと、入力画像（静脈画像）の最大特徴点との相関を取る。相関は、例えば次の三つの要素を用いて行われる。
１、分岐の紋様
２、分岐の長さ
３、分岐点と分岐点の角度
このようにして、最大特徴点と部分テンプレートのマッチングを確認し、最も一致する部分テンプレートを選択する。
【００５２】
（ステップＳａ−４）
ついで、選択された部分テンプレートの回転角の情報を使って、入力画像（静脈画像）の画像変形角を算出する。このような変形角の算出手法としては、既知のものを使用できるので、詳細な説明は省略する。
【００５３】
（ステップＳａ−５）
ついで、得られた画像変形角を用いて、入力画像（静脈画像）の全体を補正し、傾斜のない画像を得る。本例では、このデータが、ステップＳ１０５におけるパターンデータ（抽出された静脈パターン）となる。つまり、この実施例では、ステップＳａ−５とステップＳ１０５とが、実質的に同じものとなっている。
【００５４】
（実施例３）
実施例３においては、ステップＳ１０６に記載した照合の具体例を説明する。この照合は、例えば、抽出した静脈パターンと格納された静脈パターンとの間の位相限定相関法により実施することができる。
【００５５】
高速フーリエ変換（FFT）では、画像から振幅成分と位相成分の両方を取り出している。一方、位相限定相関法は、既に知られているように、そのうちの位相情報だけを用いて相関を取る手法である。一般的なパターンマッチングなどと異なり、相関値が急峻なピークとなって現れる。このような手法は既知なので、これ以上詳しい説明は省略する。
【００５６】
なお、本発明による認証装置１は、上記した認証方法の実施に限定されるものではなく外部の機器との間で無線部１５を通じて通信し、情報の取得や配信、外部機器の制御プログラムの実行などを行うこともできる。
【００５７】
また、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で種々変更を加えるものである。
【００５８】
また、前記実施形態を実現するための各部（機能ブロックを含む）の具体的手段は、ハードウエア、ソフトウエア、ネットワーク、これらの組み合わせ、その他の任意の手段を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施形態における手首の静脈パターンによる個人認証装置の概略構成を示すブロック図である。
【図２】図１の認証装置の装着を説明するための説明図である。
【図３】図１の認証装置を背面側から見た状態での説明図である。
【図４】図（ａ）は、認証装置の背面図である。図（ｂ）は、図（ａ）のＡ−Ａ線に沿う概略的な断面図である。
【図５】図１の認証装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態における認証装置を説明するための説明図である。
【図７】静脈画像の一例を、模式的に示す図である。
【図８】実施例２を説明するためのフローチャートである。
【符号の説明】
【００６０】
１    認証装置
１１  画像入力部
２１  カメラ
２２  光源
１２  画像処理部
１３  認証処理部
１４  情報登録格納部（記憶部）
１５  無線部
３    ベルト
４    りゅうずスイッチ
５    静脈
６〜８  特徴点
９  携帯電話
１０  使用者の腕
【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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