(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被験者を認証する方法であって、
前記被験者の眼の角膜の少なくとも一部分で反射された後の、複数の離散点で構成されている照光されたパターン画像を取り込むステップと、
前記取り込んだ画像のパターン中の離散点の位置を参照画像のパターン中の離散点の位置と比較するステップと、
前記比較の類似性に従って前記被験者の同一性を認証するステップと
を具備することを特徴とする方法。
【請求項２】
前記画像は、前記パターンの正反射の後に取り込まれることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記画像取込みステップは、前記パターンを照光した場合と照光しない場合とで2つの画像を取り込むステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項４】
認証は、現在取り込んだ画像と1つ以上の予め得た参照画像との間での、前記離散点の位置の比較に従うことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項５】
認証は、現在取り込んだ画像と、現在の被験者を含む様々な被験者の一連の参照画像との間での、前記離散点の位置の比較に基づくことを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項６】
前記取り込んだ画像中の前記離散点の位置を定義するデータセットを抽出するさらなるステップを有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項７】
前記位置は、現在の画像および前記参照画像におけるデカルト座標(X, Y)または極座標(r, θ)で表されることを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項８】
前記位置は、元のパターンで測定された位置と参照面での反射後の前記パターンで測定された位置との間の差δとして表される請求項1に記載の方法。
【請求項９】
前記比較は、認証プロセスによって必要とされる一定の精度での、現在の画像もしくは前記参照画像のいずれか一方、またはその両方の測定を有する請求項1に記載の方法。
【請求項１０】
前記比較は、前記パターンの様々な点に適用される様々な重み付けの使用を有する請求項1に記載の方法。
【請求項１１】
前記パターンの中心からより遠い点は、前記比較の計算において、より大きな重みを与えられることを特徴とする請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
現在の画像中の位置と前記参照画像中の位置との間に完全な一致がある場合、認証を拒否するさらなるステップを具備することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項１３】
被験者を認証するための装置であって、
複数の離散点で構成されたパターン画像を発生して、前記被験者の眼の角膜の少なくとも一部分の上に投影する画像投影デバイスと、
前記被験者の眼の前記角膜の少なくとも一部分で反射された後の、前記複数の離散点のパターン画像を取り込む画像取込みデバイスと、
前記取り込んだ画像中の前記離散点の位置を定義するデータセットを抽出するとともに、前記離散点の位置を定義する前記データセットを参照セットのパターンの対応点の位置と比較するコンピュータプロセッサと
を具備することを特徴とする装置。
【請求項１４】
前記被験者の同一性が認証されるか否かの示度を出力するように前記コンピュータプロセッサがさらに構成されることを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項１５】
前記複数の離散点に加えて、反射画像中に他の要素があることを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項１６】
眼が存在し、かつ適切に合焦されたと自動的に判断するために前記他の要素を使用するように前記コンピュータプロセッサが構成されることを特徴とする請求項15に記載の装置。
【請求項１７】
前記画像取込みデバイスは、使用の際に、前記被験者の角膜および眼に対して同軸に配置される、テレセントリックレンズおよび画像センサを具備することを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項１８】
画像を取り込む前に前記被験者の眼が適切に位置合わせされるのを保証するために、位置合わせデバイスが前記装置に組み込まれることを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項１９】
画像を取り込む前に前記画像が適切に合焦されるのを保証するために、自動合焦デバイスが前記装置に組み込まれることを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項２０】
前記画像投影デバイスは、複数のライトを備えるとともに、前記ライトの強度がオンの場合、全てのライトが一緒に、または各ライトが独立して変化されることを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項２１】
遠隔の安全な参照リポジトリを前記装置に組み合わせるとともに、安全な通信でそれらの間を結ぶことを特徴とする請求項13に記載の装置。
【請求項２２】
コンピュータ上で実行された場合に、請求項1〜12のいずれか一項に記載の方法の各ステップを実行もしくは制御するために、請求項13〜21のいずれか一項に記載の装置の各手段を実行もしくは制御する、マシン可読媒体上のマシン可読コードであることを特徴とするソフトウェア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、識別バイオメトリックとして、被験者の眼を、具体的には角膜を用いて被験者を認証する装置および方法に関する。さらなる態様では、本発明は、上記方法を実行するためのソフトウェアである。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、その明細書の内容が引用によって本明細書に組み込まれる米国仮特許出願第60/991133号(SarverおよびMason)の優先権を主張するものである。
【０００３】
人を識別するのに現在用いられている中でもよく知られているバイオメトリックのマーカは、顔の特徴、虹彩、指紋、手形および掌紋、ならびに手首および指腹の血管の解析および比較を含む。他のバイオメトリックの要素は、歩き方、耳の輪郭およびDNAの解析および比較を含む。
【０００４】
現在までに、人間集団の全体にわたって完全に正確であって、しかも実際的であると判明したバイオメトリックのパラメータは存在しない。例えば、顔の特徴認識の精度は、照明の変化によって著しく変化することがある。人口の5パーセントの指紋は、先天的にぼやけているか手仕事によって効果的に除去されていることにより、読取り不能である。英国では、人口の7パーセントは、虹彩認識システムに登録していない。DNA解析は正確であるが、技術的に高度であり、一般に、結果が分かるまでに長い時間遅れがある。
【０００５】
高度にユニークであってゆっくり時間的に変化する別のバイオメトリックに、眼の前方のドーム状のレンズである角膜の形状がある。現在、角膜の形状は、Medmont E300トポグラフィ分析器などの角膜のトポグラフィ分析器を用いて、臨床の目的のために測定されている。これらの装置は、対象のソースとして、照光された一連のコンセントリックリング(プラシドディスクとして知られている)を用いる。1つの眼が、この照光された対象を直接見つめ、前角膜の涙液層から画像が反射される。処理ソフトウェアによって、反射画像は、角膜の輪郭を表す角膜のトポグラフィマップに変換される。
【０００６】
米国仮出願第60/661,961号(Dixonら)は、ユニークなバイオメトリックを定義するのに、熟視(gaze)トラッキングならびに角膜の「表面不規則性」および「認識可能な特徴」を用いることを説明している。
【０００７】
識別のためのバイオメトリックとして角膜を用いることが、米国仮出願第60/685,484号(Mason)に説明されている。このシステムは、角膜の少なくとも一部分の画像を取り込み、次いで角膜上の複数の位置のそれぞれに関して1つまたは複数の「幾何学的な」パラメータを導出することによって動作するものであり、これらのパラメータは、曲率、角膜の高さ、屈折力、厚さなどの測定値を含む。次いで、これらのパラメータを、参照角膜の相当する位置で以前に導出されたパラメータと比較することにより、認証が実行される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第1の態様では、本発明は、被験者を認証するための装置であり、複数の離散点で構成されたパターン画像を発生して、被験者の眼の角膜の少なくとも一部分の上に投影する画像投影デバイスと、被験者の眼の角膜の少なくとも一部分で反射された後の、複数の離散点のパターン画像を取り込む画像取込みデバイスと、取り込まれた画像の中の離散点の位置を定義するデータセットを抽出するとともに、離散点の位置を定義するデータセットを、参照セットのパターンの対応する諸点の位置に対して比較するコンピュータプロセッサとを備える。
【０００９】
被験者の同一性が認証されるか否かの示度を出力するのに、同じコンピュータまたは別のコンピュータが使用されてよい。
【００１０】
例えば狭ビームLEDである点光源の固定された配列から、複数の離散点が投影されてよい。あるいは、例えばマスクまたは光ガイドの機構を使用してパターンに分配される単一光源があってよい。
【００１１】
複数の離散点のパターンは、通常の構造では、コンセントリックリングと半径方向線との交点に沿って配置されてよいが、特別な配置は必要ではない。
【００１２】
複数の離散点に加えて、反射画像の中に他の要素があってよい。具体的には、画像取込み手段の開口を取り囲むリングライトから円形のパターンが投影されてよい。そのようなパターンは、眼が存在して適切に合焦されているのを自動的に判断すること、および画像中に点を配置することのために有益であり得る。
【００１３】
パターンは、角膜の中央の周辺上に理想的に投影されることになるが、中央領域、遠くの周辺および強膜などの他の領域も用いられてよい。
【００１４】
画像取込みデバイスは、テレセントリックレンズおよび画像センサを備えてよい。これらは、使用するとき、被験者の角膜および眼に対して同軸に配置される。ユーザが自分自身の位置を適切に決めるのを支援するように、あご当てまたは他の補助器具が設けられてよい。
【００１５】
画像を取り込む前に画像が適切に合焦されるのを保証するために、装置に自動合焦デバイスが組み込まれてよい。このデバイスは、合焦を達成するために、対象者に情報がフィードバックされたときに、例えば被験者が頭の位置または方向を調整することによる被験者の協力を必要とすることがある。いずれにしても、適切な合焦が達成されたとき自動的に判断するためにコンピュータが使用されてよい。
【００１６】
コンピュータプロセッサは、一般に、ライトおよびカメラも制御することになる。認証プロセスの間中、適切な時間にライトが自動的にオンオフされ、適切な時間に画像を取り込むようにカメラが制御される。
【００１７】
さらに、ライトがオンの場合、ライトの強度が全て一緒に、あるいは各ライトが独立して変化されてよい。そのようなライトの「瞬き」は、妨害されにくくするための手順に別の自由度を加え、また、より頑健な画像処理結果をもたらすことができる。
【００１８】
認証は、一般に様々な場所の範囲で必要であり、また、参照データセットの反復によってセキュリティが損なわれる恐れがあるので、参照データセットを安全に保存するために中央の安全な参照リポジトリが用いられてよい。このシナリオでは、装置によって抽出された画像データセットが、暗号化されてリポジトリへ送られ、そこで比較および認証が行なわれることになる。認証の結果はローカルプロセッサに戻されてよく、そこでオペレータに表示されてよい。あるいは、認証が明白な場合には安全ドアを開ける、もしくは認証が機能しないとき警報を作動させるなど、自動的に機器を制御するのに、この結果が用いられてよい。
【００１９】
画像取込みから遠く離れて認証が実行される場合、次いで、結果として生じる判断の妥当性を保証するために、パブリックキー暗号および最大の許容応答時間を含む、ある範囲のセキュリティ対策が必要とされることがある。
【００２０】
第2の態様では、本発明は、被験者を認証する方法であり、被験者の眼の角膜の少なくとも一部分で反射された後の、複数の離散点で構成されている照光されたパターン画像を取り込むステップと、取り込んだ画像のパターンの中の離散点の位置を参照画像のパターンの中の離散点の位置と比較するステップと、比較の類似性によって被験者の同一性を認証するステップとを含む。
【００２１】
完全な球状ではない角膜のユニークな形状が、角膜で反射されるパターンに歪みを与える、すなわちコード化する結果として、パターンの反射画像は各被験者に関してユニークである。
【００２２】
実際、反射が起きるのは前角膜の涙液層であり、この覆っている涙液層がなければ、角膜の上皮が明瞭な視覚のために正確に光を透過することがなくなるはずである。角膜の組織の上にある涙液層は、瞬きプロセスの以前、最中、および以後で絶えず変化するにもかかわらず、角膜の組織のほぼ正確な複製である。このように角膜から反射された光は、第1のプルキンエ像として知られており、この画像が取り込まれる。
【００２３】
この方法は、一般に、角膜の少なくとも一部分でのパターンの正反射を含む。
【００２４】
画像取込みステップは、ライトオンとライトオフとで2つの画像を取り込むステップを含んでよい。両画像のうちの一方から他方を減算することにより、迷光が消去される。
【００２５】
認証は、現在取り込んだ画像と1つ以上の予め得た参照画像との間での、離散点の位置の直接比較に従うものである。例えば、同一の被験者に対して、登録イベントで個別の参照画像を取り込むことができる。あるいは、現在の被験者を含む様々な被験者の一連の参照画像を比較に用いることができる。
【００２６】
この方法は、取り込んだ画像の中の離散点の位置を定義するデータセットを抽出するさらなるステップを含んでよい。
【００２７】
データセットは、現在の画像および参照画像においてデカルト座標(X, Y)または極座標(r, θ)で測定された位置を単純に含むことができる。あるいは、データセットは、参照球での元のパターンにおける位置と反射後の元のパターンにおける位置との間の差(δ)を含むことができる。この目的に、半径7.8mmを有する参照球を用いてよい。
【００２８】
比較自体は、選択された度合いの感度を含んでよく、例えば、現在の画像または参照画像のいずれか一方あるいは両方における位置の測定の許容範囲が、認証プロセスによって必要とされる確実性の度合いに応じて選択されてよい。これによって、低セキュリティの状況で、あるいはスクリーニング用に、廉価な機器を非常に迅速に操作することが可能になる。しかし、例えば高セキュリティの区域へアクセスするのに、さらに厳格な認証基準が用いられることがある。
【００２９】
比較は、パターンの様々な点に適用された様々な重み付けの使用を含んでよい。具体的には、パターンの中心からより遠い点は、比較計算において、より大きな重みを与えられてよい。
【００３０】
追加のステップで、現在のレコードの組と参照セットとの間に完全な一致があるとき、認証を与えることが拒絶されてよい。これは奇妙に思われるかもしれないが、前角膜の涙液層の形状には微小な変化が常に生じているので、差値が小さすぎる一致は、虚偽データが与えられたことを示し得る。
【００３１】
米国仮出願第60/685,484号および米国仮出願第60/661,961号のように、角膜表面上の一連の位置で計算された角膜の寸法形状を表すパラメータを比較するのではなく、本発明は、既知のパターンの点の位置に対する角膜の形状の影響を比較することが理解されよう。これらの初期の文献は、ある範囲の幾何学的パラメータを自動的に計算し、それらを使用可能にする角膜のトポグラフィ分析器の使用を想定する。しかし、本発明は、そのような精巧な機械の使用、またはそれが実行する複雑な計算に依存しない。そうではなくて、高信頼の認証テストをもたらすために、非常に高速で処理され得る比較的小量のデータを取得するのに、非常に簡単な機器を用いることができる。
【００３２】
被験者は、一般には人々になるはずであるが、本技法を、競走馬の同一性の認証など、他の動物に適用することができない理由はない。
【００３３】
さらなる態様では、本発明はソフトウェアであり、コンピュータ上で実行された場合に、本発明の装置のいずれかの態様のコンピュータプロセッサの機能を実行する、または本発明の方法のいずれかの態様の各ステップを実行もしくは制御するための機械可読媒体上の機械可読コードである。
【００３４】
次に、本発明の一実施例が、Corneal Specular Reflex Authentication (CSRA)システムおよび添付図面を参照しながら説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】Corneal Specular Reflex Authentication (CSRA)システムの基本レイアウトのブロック図である。
【図２】対象光の極の配置図である。
【図３】テレセントリックカメラのレンズの光学図である。
【図４】認証の前にユーザが見た自分で行なう位置合わせ画像の図である。
【図５】認証プロセスのフローチャートである。
【図６】画像の中の点の位置を求めるプロセスの一部分を示す図である。
【図７】反射されたパターンに対する、(a)より小さな曲率半径の角膜、および(b)より大きな曲率半径の角膜の影響を示す1対の図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
次に図1を参照すると、CSRA(Corneal Specular Reflex Authentication)システム10は、カメラシステム60の軸50と位置合わせされた被験者の眼42の角膜40上に対象光の画像を選択的に投影するようにコンピュータ30によって制御された対象光20のパターンを備える。
【００３７】
カメラシステム60は、光学軸50に沿って整列した光学的開口62、テレセントリックレンズ64および画像センサ66を備える。
【００３８】
ビームスプリッタ70も、軸50上で開口62の背後に配置される。ビームスプリッタ70は、軸に沿ってユーザ自身の位置合わせ補助器具80へ進む光のいくらかを反射するように軸50に対して45°に配置される。
【００３９】
システム
次に、図1〜4を参照しながら、システムの要素が、より詳細に説明される。
【００４０】
最初に図2を参照すると、対象光20は、軸50から放射する仮想線24と軸50のまわりの仮想同心円26の交点によって定義されるパターンに配置された48個の点光源22を備える。また、光は、矩形の境界28内に存在するように限定される。
【００４１】
角膜で反射された各点の領域にわたって、画像に与えられたコードが平均されることになるのが理解されよう。点のフットプリントが大きすぎると、すなわち大きすぎる角膜の領域に及ぶと、次いで、結果として生じる画像にコード化された角膜の形状に関する情報が劣化することになる。一般に、点のサイズは、点光源のサイズ、点の角膜からの距離、および点が投影するビームの拡散の度合いによって求められる。特定のシステムを設計するときには、必要とされるセキュリティの度合いに応じて、これらの変数を適切に構成するのにいくらかの試行錯誤が必要なことがある。
【００４２】
この実施例の点光源22は、可視光の発光ダイオード(LED)であって、直径が5mmで狭い円形の前方へのビームを有し、すなわちレンズのないものである。LEDが、反射の後に適切に結像することができるのであれば、より小さなサイズのLEDが常にうまく機能することになる。非常に大きなLEDまたは拡散するLEDは、眼から遠ざける必要があり、そうでなければ、角膜上のそれらの反射のフットプリントが、角膜表面による正確なコード化に対して大きすぎる恐れがある。あるいは、光源は、パターンに配置された穴を有する背面照明されたパネルとして実施することができる。
【００４３】
いずれにしても、光源22が配置され、パターンは、標準サイズ(参照)の角膜(半径7.8mmの球体)から反射するように構成され、最も内側の光は、角膜の頂点に中心がある直径2mmの円上で反射し、最も外側の光が、直径6mmの円上で水平に反射し、直径5mmの円上で垂直に反射する。
【００４４】
光学的開口62は、対象光20が角膜40で反射した後の光を間接的に受け入れる。開口62は、側面発光の光ファイバのリングで構成されたリングライト63に取り囲まれる。リングライト63の目的は、対象光の反射されたパターンの中心をデジタル画像中で探索するプロセスを簡単にすること、ならびにユーザが自分の眼42をシステムの軸50と位置合わせするのを支援することである。以下で、これらの機能が説明される。
【００４５】
光20のパターンおよび光リング63は、コンピュータ30の制御下で、オンとオフとが切り換えられる。これらの光に関する状態の情報がコンピュータに戻される。コンピュータは、ローカルコンピュータまたは遠隔サーバでよい。いずれの場合も、コンピュータは、ローカル情報を中央のコンピュータと共有するように、ともにネットワーク化されてよい。
【００４６】
コンピュータは、適当な画像を取り込むようにオペレータまたは被験者向けのプロセスを制御し、また、認証に必要なリアルタイムに近い計算を実行するようにプログラムされる。コンピュータは、認証が確認されたか否かということ次第で、結果の送出またはロックの解除などの他のいくつかの措置も講じてよい。
【００４７】
カメラシステム60のテレセントリックレンズ64は、角膜40から反射された対象光20の画像をカメラセンサ66上に合焦する。テレセントリックレンズには、角膜の頂点から画像センサ66への距離のわずかな変化が、反射されたパターンのサイズの変化をもたらさないはずであるという利点がある。
【００４８】
図3に、テレセントリックカメラのレンズ64の基本構成が示されている。この構成には、2枚のレンズ160および162がある。第1のレンズ160に入射するシステム軸50と平行な光線は、第1のレンズの焦点距離F1によって決定された距離で軸を横断することになる。この位置では、第2のレンズ162の直前に開口164がある。第2のレンズ162を通って透過された光は、第2のレンズ162の焦点距離F2によって与えられた距離に合焦される。
【００４９】
焦点のこの点に画像センサ66が配置される。レンズの倍率は、レンズ160の焦点距離とレンズ162の焦点距離との比から設定される。開口164の直径を、約3mmと小さく選択することにより、平行光線だけがカメラセンサ66の面に合焦される。このようにして、テレセントリック構成により、ユーザとセンサ66との間の距離における小さなずれ量にかかわらず、反射された対象光の高さが比較的一定に保たれる。
【００５０】
画像センサ66は、白黒のCCDまたはCMOSのセンサの配列を用いて画像をデジタル化する。USB 2などのデジタルインターフェイスが、センサ配列の出力をコンピュータ30に接続する。センサ66によって取り込まれる画像は、被験者の角膜40の表面における対象光20のパターンの反射である。実際、画像は涙液層から反射され、第1のプルキニエ像として知られている。画像は、開口62を取り囲む光リング63が照光されたときの反射も含む。
【００５１】
ビームスプリッタ70により、開口62を通過する光が軸50に沿ってカメラシステム60へ進むことが可能になる。さらに、ビームスプリッタ70は、位置合わせ補助器具80への光の部分を供給する。この補助器具は、表面82の十字マークの光を、到着した経路に沿って単純に反射して戻し、この光は、ビームスプリッタ70によって反射されてユーザに見られることになる。十字マークは、反射面82上に簡単に印が付けられたもので、軸50'上に中心があり、軸50'は、ビームスプリッタ70によって軸50が面82へ反映されたものである。
【００５２】
開口62を通ってユーザに見られる画像が、図4に示されている。眼42の軸が光学軸50と完全に整列していたならば、ユーザは、十字マーク84に完全に中心のあった自身の眼の像を見ることになる。しかし、示された実施例では、反映された眼42'は完全に整列しておらず、十字マークの中心と比較してわずかに左(X方向)に、かつわずかに高く(Y方向)に見られる。ユーザは、画像が取り込まれる前に、自身の眼が適切に中央におかれるまで、頭を動かすように依頼される。
【００５３】
図4では、角膜22'によって反射された対象光のパターン、ならびに位置合わせ補助器具80によって発生されてビームスプリッタ70における反射によってユーザへ投影して戻される焦点合わせグラフ86にも注目されたい。焦点合わせグラフ86は、ユーザがZ方向(軸方向距離)に位置合わせするのを支援する。焦点合わせグラフ86は、画像が、画像取込み面66でどの程度合焦されているかということに関するフィードバックをもたらす。この場合、焦点合わせグラフ86は、コンピュータ30からの信号の制御下でリアルタイムに動く棒グラフとして示される。横棒は、現在の取り込まれた画像の合焦状態に関するカメラシステム60からのフィードバックに対して瞬間的に応答する。
【００５４】
方法
次に、図5を参照しながら認証用システムの使用が説明される。
【００５５】
CSRAシステムがセットアップされて電源が入った後、オペレータまたは被験者がコンピュータ30に被験者の認証を開始するステップ200で操作が始まる。コンピュータのキーボードは、例えば、被験者の名前、識別番号、およびユーザの角膜の対象点の反射位置に関する情報を供給するのに用いられる。例えば被験者の身分証明書からこの情報を読み取るために、カード読取り機などの単独の入力デバイス32がコンピュータ30に接続されてよい。
【００５６】
次いで、ステップ210で、被験者は対象光20の前に例えば立って、あるいは座ってパターン20の中心の方を直接見つめることにより、システムに自身の眼42を示す。
【００５７】
次いで、ステップ220で、オペレータまたはコンピュータから発生された音声もしくは他の可聴信号が、被験者に対して、眼42が正確な位置にあって画像取込み面66における角膜の画像が適切に合焦されるまで頭を動かすように指示する。
【００５８】
デジタル化された眼の画像の合焦状態を伝えるのに、2つのステップがある。第1のステップ245は、眼の画像があるかどうか判断するものである。第2のステップ250は、合焦寸法を計算してそれを伝えることである。
【００５９】
眼の画像が存在するかどうか判断するために、カメラシステム60を用いて、リングライト63をオンにして画像が取り込まれる。次いで、照光されたシステム開口のリングライト63に相当する、中心の位置および大きさが適切なリングを識別するために、取り込まれた画像がコンピュータ30によって解析される。
【００６０】
期待範囲の角膜(中央の曲率半径が6.00mmと10.00mmとの間にある)が測定されると、カメラのレンズ64の光学倍率、およびカメラセンサ要素66のサイズ、次いで照光された中央のリングのフィーチャ63のサイズの期待範囲を予測することができる。この予測されたフィーチャと画像データとの相互相関が計算されて最大の相互相関が見いだされ、最大の相互相関は、存在するのであれば眼の予期された中心に位置する。
【００６１】
一旦、眼の予期された中心が見いだされると、相関値の大きさが閾値T1と比較される。相関値が閾値T1を上回ると、画像上で、最初の明るいピクセルの発生を求めて、中心のピークから外へ向かう1組の放射方向で検索が実行される。これらのピクセルのそれぞれの位置は、楕円の式に適合される輪郭を形成する。楕円の長径および短径が、反射された円のサイズの期待範囲と比較される。計算された長径および短径が閾値T2およびT3の範囲内にあると、システムは、デフォルトで、見つかった輪郭は実際に角膜で反射された開口リング63の画像であるという仮定になる。
【００６２】
長径または短径が範囲外にある、あるいは初期の相関値がT1未満であると、システムは、デフォルトで、この輪郭は角膜上で反射された開口リングに関するものではなく眼が存在しないという仮定になり、したがってそれ以上の処理は実行されない。
【００６３】
取り込まれた画像がどの程度合焦されているかという推定を与えるために、合焦測度Fが用いられる。このタスクを実行するいくつかの適当な方法がある。本発明者は、その性能および簡易さにより、式(1)で計算される合焦測度を選択した。
【００６４】
【数１】
0005674473.tif 000002
【００６５】
ここで、この合計は、取り込まれた画像に対して、画像の中心または中央の周辺に向けて領域Rにわたって計算される。画像のピクセル値は、2次元配列I(i, j)によって表される。また、合焦の状態は下記によって要約される。
F<T4であれば、画像は合焦されていない。
T4<F<T5であれば、画像は少し合焦されている。
F>T5であれば、画像は合焦されている。
【００６６】
閾値T4およびT5は、CSRAシステムの用途、測定される集団およびシステムが配置される環境によって決まる値に設定される。一旦合焦値が求められると、焦点合わせグラフ86によって実際の合焦状態がユーザに示される。
【００６７】
画像に対して適切に高い合焦値Fが見いだされた後に、ソフトウェアは、最善の合焦画像を保存し、認証を判断するためにさらなる画像処理へ自動的に進むことになる。ソフトウェアがこの状態に移るとき、システムは、被験者に対して、もはや評価のために眼を示す必要はないと指示することになる。そうする前に、対象光20およびリングライト63をオフにして眼の画像が取得される。これらの光をオンにして取得された画像からこの画像を減じることにより、角膜からの室内燈の反射などの迷光が、後続の計算から除去される。
【００６８】
認証を判断するためのさらなる処理は、対象点20'の反射されたパターンの正確な位置を画像から抽出するステップ250を必要とする。
【００６９】
中央の開口リング62'の画像が既に見いだされているので、システムは、反射された対象点のパターン20'の中心がどこにおかれているか知っている。中央の開口リング62'の画像からパターンのスケールファクタが推定され、次いで、それぞれの個別の正反射の予期された位置が求められる。図6に見られるように、反射されたパターン20'の反射された点22'の予想された位置のまわりに一連の仮想ボックス90が配置される。さらなるプロセスは、これらのボックス90内の領域に限定される。
【００７０】
比較的小さな角膜(平均未満の曲率半径を有するもの)については、図7(a)に見られるように、中央開口の中心のより近くに諸点がグループ化される傾向を持つことになる。比較的大きな角膜(平均を上回る曲率半径を有するもの)については、図7(b)に見られるように、中央開口の中心から諸点がより広がる傾向を持つことになる。
【００７１】
ボックス90によって境界を付けられた各領域を検索する前に、画像中のノイズを低減するために3×3のボックスの平均化フィルタを用いて全体画像が平滑化される。次いで、最も明るいサンプルを求めて各領域90が検索される。この最も明るいサンプルは、点の中心に近いものと解釈される。次いで、反射された対象点22'の真の位置のサブピクセル推定を取得するために、中心のまわりの5×5の近隣ピクセルに関して重心が計算される。領域内の最も明るいサンプルが閾値T6未満であると、システムは、点が欠けていると宣言する。一旦、対象点の領域が処理されると、配列は、点のピクセル位置(X, Y)(中央の開口リングの中心に対する位置)で更新される。点が欠けていることを示すのに、エントリ(-1, -1)が用いられる。
【００７２】
一旦、中央の開口リングおよび反射された対象点が配置されると、ソフトウェアは、現在の位置データセットと1つまたは複数の参照位置データセットとの間の類似性のスコアを求めるステップ260の準備ができている。一般に、2組のデータ間の類似性のスコアは、式(2)によって計算される。
【００７３】
【数２】
0005674473.tif 000003
【００７４】
上式で、Mは、位置データセットAと位置データセットBとの間の一致スコアである。Nは、NOT(-1, -1)である位置の組である。すなわち、Nは、AおよびBの両方に関して有効な位置の組である。
【００７５】
パターンの中心からより遠い点が、中心270に近い点より大きな重要性を与えられ得るように重みwが用いられる。各点を取り囲む領域または点の予想精度を表すのに重みが用いられる。パラメータpは、0より大きい整数である。
【００７６】
ステップ280で、被験者は、式(2)を用いて計算されたスコアが所与の閾値T7より大きいとき認証され、そうでなければ認証されない。
【００７７】
大きなデータセットについては、2次元のデータフィルタリングが実行される。最初に、中央開口リングの直径の平均値が用いられる。次いで、リングの画像の楕円比(短径/長径)が用いられる。このようにして、データベース検索は、類似の寸法および形状を有する中央の開口リングの画像を有するレコードに限定することができる。
【００７８】
代替形態は、現在の被験者を、他の諸被験者の集団ならびに諸被験者の指名された同一性を用いて検索された諸被験者自身の初期のレコードに対して比較することである。現在のデータセットに最も近い一致を示すものに同じ同一性のラベルが付いていれば、被験者を認証することになる。
【００７９】
ソフトウェア
CSRAシステムは、図1のコンピュータ30に存在するソフトウェアによって基本的に制御される。
このソフトウェアの主な機能は次のとおりである。
コンピュータの入力デバイスとインターフェイスする。
ライトおよびカメラとインターフェイスする。
眼の存在および位置合わせを判断する。
合焦状態を求める。
反射画像を処理してデータセットを抽出する。
認証スコアを計算する。
認証結果を通信して、ことによると、応答する他の機器を制御する。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
効果的な認証装置向けに多数の利用法があり、ここで、本発明者は、本システムが特に適する複数の用途を列挙する。
特に患者が高齢であったり、気が狂っていたり、例えば手術直前で無意識であったりするときの医療(例えば患者の識別)。
例えばATMの銀行業務、または銀行業務における人員/職員識別。
例えば、登録済みのパイロットが居ると識別されたときに限って制御を作動させるための定期航空パイロット/公共交通機関の運転手の認証。
軍事で人員識別を必要とするすべての領域。
銀行、刑務所および領事館に対する高セキュリティのアクセス。
住居の建築物および学校に対する低セキュリティのアクセス。
薬局で、メタドンなどの限られた薬品へのアクセス。
インターネットのチャットルームでのユーザの識別および保護。
社会セキュリティにおいて詐欺の支払いの利益への対処。
動物識別(例えば純血種の馬または他の有益な動物の識別)。あるいは、犬、猫および牛などを示すための動物の登録。本技法は、殺処分する家畜を識別することにより、牛海綿状脳症などの伝染病の抑制を支援することができる。
【００８１】
本発明は、特定の実施例および態様を参照しながら説明されてきたが、これらの機構に限定されないことを理解されたい。例えば以下のことが挙げられる。
任意の他の適当なパターンの光を用いることができる。
任意の他の適当な装置のレイアウトを用いることができる。
様々な位置合わせ補助器具が、被験者の眼が適切に位置合わせしたときのみ見えるスモールライトを用いることができる。
赤から黄色、緑へと色が変化するときに合焦が確保されていることを示す変化する色など、様々な合焦インジケータを用いることができる。
再び、代わりに、可聴式のフィードバックを与えることができる。
認証の信頼性を向上するための用途については、比較で用いられる重みを最適化することができる。
適応的最適化プロセスを用いることができる。
最後に、比較ステップの前に、データ解析の代替方法を実行することができる。これらは、個別の角膜の正反射から得られたデータに適用される、ゼルニケ多項式解析、フーリエ解析またはカルーネン-レーベ変換を含んでよい。
【符号の説明】
【００８２】
10  CSRAシステム
20  対象光
20'  反射されたパターン
22  点光源
22'  反射された点
24  仮想線
26  仮想同心円
28  境界
30  コンピュータ
32  入力デバイス
40  角膜
42  眼
50  光学軸
50'  軸
60  カメラシステム
62  開口
62’  中央の開口リング
63  リングライト
64  テレセントリックレンズ
66  画像センサ
70  ビームスプリッタ
80  ユーザ自身の位置合わせ補助器具
82  反射面
84  十字マーク
86  焦点合わせグラフ
90  仮想ボックス
160  第1のレンズ
162  第2のレンズ
164  開口
F1  レンズ160の焦点距離
F2  レンズ162の焦点距離
【図１】
0005674473.tif 000004
【図２】
0005674473.tif 000005
【図３】
0005674473.tif 000006
【図４】
0005674473.tif 000007
【図５】
0005674473.tif 000008
【図６】
0005674473.tif 000009
【図７（ａ）】
0005674473.tif 000010
【図７（ｂ）】
0005674473.tif 000011