(57)【要約】従来技術では、手や指の提示姿勢の変動の許容範囲が広く、鮮明な指の血管画像の獲得を担保し、高利便性かつ高精度な認証を行うことが困難であるという課題があった。筺体表面に形成された開口部と、前記開口部の側方に配置され、格子状に配列された複数の光源と、前記開口部上に提示された手の位置情報を取得するセンサと、前記位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮像部と、を有することを特徴とする血管画像撮影装置を提供する。
2016084214.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筺体表面に形成された開口部と、
前記開口部の側方に配置され、格子状に配列された複数の光源と、
前記開口部上に提示された手の位置情報を取得するセンサと、
前記位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、
前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮像部と、
を有することを特徴とする血管画像撮影装置。
【請求項２】
前記光量制御部は、
前記位置情報に基づいて、前記複数の光源のうち、指部分の根元側に光を照射する光源を前記照射用光源として選択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】
前記センサから照射される光の波長と、前記複数の光源から照射される光の波長とが異な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】
前記開口部の開口面と前記光源の光軸とによって形成される鋭角の角度は、
前記複数の光源のうち、前記開口部との距離が他の前記光源よりも近い前記光源の方が小さいことを特徴とする請求項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】
前記画像に含まれる血管領域画像内に所定以上の飽和領域が含まれる場合、
前記光量制御部は、前記開口部からの距離が前記照射用光源よりも遠い前記光源を、新照射用光源として選択することを特徴とする請求項１から４までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項６】
前記位置情報は、前記開口部に提示された手の三次元形状に基づく情報であって、
前記光量制御部は、
前記照射用光源から、前記照射用光源が照射する手の位置までの距離の長さに応じて、前記照射用光源の光量を制御することを特徴とする請求項１から５までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項７】
前記光量制御部は、
前記開口部上を移動する手の移動方向に対して、手よりも前記移動方向側に配置された前記光源を、前記照射用光源として選択することを特徴とする請求項１から６までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項８】
前記センサから取得した情報に基づいて、前記画像に含まれる手の領域の画像のうち、手のひらの中心位置と、前記中心位置に対する指領域の方向とを演算し、手の回転角度を算出することを特徴とする請求項１から７までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項９】
前記複数の光源は、前記センサの検知範囲及び、前記撮像部の撮影範囲から外れた位置に配置されることを特徴とする請求項１から８までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１０】
前記センサは、前記複数の光源から前記開口部の中心までの距離よりも、前記センサから前記開口部の中心までの距離の方が長くなる位置に配置されることを特徴とする請求項１から９までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１１】
前記筺体表面に、手首に装着可能な端末から個人情報を受信する読取部をさらに有することを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１２】
前記画像を、個人の認証を実行する認証部に送信することを特徴とする請求項１から１１までの何れかに記載の血管画像撮影装置。
【請求項１３】
筺体表面に形成された開口部と、前記開口部の側方に配置され、格子状に配列された複数の光源と、前記開口部上に提示された手の位置情報を取得するセンサと、前記位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮像部と、を有する端末と、
前記画像を前記端末から取得し、個人の認証を実行する認証部と、
前記認証部からの情報に基づいて開閉するゲート部と、
を有することを特徴とする個人認証システム。
【請求項１４】
前記光量制御部は、
前記位置情報に基づいて、前記複数の光源のうち、指部分の根元側に光を照射する光源を前記照射用光源として選択することを特徴とする請求項１３記載の個人認証システム。
【請求項１５】
前記センサから照射される光の波長と、前記複数の光源から照射される光の波長とが異なることを特徴とする請求項１３または１４記載の個人認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人間の生体情報を利用して個人を認証する装置およびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
不特定多数の人物の本人確認を行うために、生体認証を利用する場合、人ごとに認証装置の使い方に対する習熟度が異なる。習熟度の低いユーザは正しい生体の提示位置や提示姿勢についての知識が少ないため、誤った位置や姿勢で生体を提示し、認証精度が低下する場合がある。したがって、生体の提示位置や提示姿勢の変動が大きい場合でも高い精度で認証できる、利便性の高い生体認証が求められている。【０００３】
特許文献１には、一本の指所定の提示領域に提示させ、指の姿勢変動、指の提示位置に応じて照射する光源を制御する個人認証装置等について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ１３/０９３９５３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１は、あくまで一本の指が所定の角度から提示されることを前提とした指提示部において、指提示部の上部での狭い範囲での指の姿勢変動にのみ対応するものであったため、許容されるユーザの提示姿勢の変動の範囲は制限されるものであり、手の位置や姿勢における自由度には限界があった。そのため、手や指の提示姿勢の変動の許容範囲が広く、鮮明な指の血管画像の獲得を担保し、高利便性かつ高精度な認証を行うことが困難であるという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記技術課題を解決する手段の一例は、筺体表面に形成された開口部と、前記開口部の側方に配置され、格子状に配列された複数の光源と、前記開口部上に提示された手の位置情報を取得するセンサと、前記位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮像部と、を有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】
【０００７】
本発明の構成によれば、所定の三次元空間上での手の位置変動、手の姿勢変動、指の位置変動、指の姿勢変動に対して、鮮明な血管画像、例えば指の静脈の画像が獲得でき、高精度な個人認証ができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【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】指に光源の照射光を当てて指血管を撮影する場合の一例。
【図４】指血管撮影時に照射光が指と指の間をすり抜ける場合の一例。
【図５】指をすり抜けた照射光が撮像部に直接受光されない点光源配置の一例。
【図６】光源を制御して撮影した指血管画像を利用する認証処理のフローチャート。
【図７】認証時にユーザが手を提示する空間の説明図。
【図８】光源アレイの正面に指先を向けて手を提示し指血管を撮影する場合の一例。
【図９】図８で撮影した指血管画像の一例。
【図１０】図８の手の提示姿勢より撮像面上で９０度ほど手を回転させた場合の一例。
【図１１】図１０で撮影した輝度飽和領域を含む指血管画像の一例。
【図１２】手の回転に応じて光源を制御して指血管を撮影するフローチャートの一例。
【図１３】手の大きさに応じて光源の光量を制御して指血管を撮影するフローチャートの一例。
【図１４】照射光源位置を高くして指血管画像の輝度飽和領域を小さくする場合の一例。
【図１５】認証装置の高さ方向の手の移動に対応して指血管を撮影する場合の一例。
【図１６】図１５の光源配置で手を撮像面に対して傾斜させた場合の一例。
【図１７】指血管撮影時に指の第一関節付近を照射する場合の一例。
【図１８】指血管撮影時に指の第二関節付近を照射する場合の一例。
【図１９】撮像部および距離センサの画角外に光源アレイを配置する場合の一例。
【図２０】距離センサが撮影した手の距離画像の一例。
【図２１】距離センサが撮影した手の距離画像の一例。
【図２２】距離データを用いた手の位置・手の姿勢検知処理のフローチャート。
【図２３】手および指の姿勢検知後における指血管認証処理のフローチャート。
【図２４】ウォークスルー型の指血管認証装置の一例。
【図２５】ウォークスルー型の指血管認証装置と開閉ゲートを一体にした一例。
【図２６】開口部をユーザ進行方向に広げたウォークスルー型の指血管認証装置の一例。
【図２７】図２４の認証装置においてユーザが歩きながら提示する手の姿勢の例。
【図２８】歩行中に提示された手の指血管を鮮明に撮影するための光源配置の一例。
【図２９】歩行中に提示された手の指血管を鮮明に撮影するための光源配置の一例。
【図３０】機器認証を併用するウォークスルー型の指血管認証装置の一例。
【図３１】指の順序関係を利用した血管特徴の照合方法の一例。
【図３２】複数の認証機器の中から特定の認証機器を検出する方法の説明図。
【図３３】リストバンド型の認証機器の一例。
【図３４】指血管撮像部で認証コードを読み取る場合の一例。
【図３５】複数の指血管像の照合による認証のフローチャートの一例。
【図３６】非接触で認証可能な指の生体情報を用いた生体認証装置の全体構成の一例。
【図３７】第９の実施例において撮影される指画像の一例。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
本実施例では、提示する手の位置や姿勢に応じて光源を制御することで、鮮明な指血管画像を撮影し認証を行う基本構成の一例について説明する。尚、本実施例では、個人の認証までを筺体内で実行する生体認証装置とした場合を例として説明するが、認証自体は筺体外に設置されたサーバ等の認証部にて認証を実行する個人認証システムとし、認証装置２に対応する筺体自体は、撮影した血管の情報を認証部へ送信する血管画像撮影装置としてもよいことは言うまでもない
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。指の血管画像撮影時に手１を認証装置２の開口部３の上方に提示できるよう、認証装置２の筺体表面に、開口部３が設けられている。開口部３の下方の筺体内部配置する距離センサ４は、距離計測のために受光した光を電気信号に変換し、データ入力部５０を介して手１と距離センサ間の距離データとしてコンピュータ５に取り込む。コンピュータ５に取り込まれた距離データからメモリ６に格納されたプログラムによりＣＰＵ７は手１の位置、手１の姿勢、指の位置、指の姿勢などを計算する。計算された手１や指の位置や姿勢に基づいて光量制御部５１が、開口部８の内側に配置する光源アレイ９を制御し、光源アレイ９を構成する複数の点光源１０からの照射用光源を選択し、照射光を指に当て、開口部３の下方に配置する撮像部１１が光学フィルタ１２を通過した光を受光する。尚、照射用光源として選択する点光源１０は１つでも構わないが、本実施例では手の移動範囲や撮影範囲が大きいことを鑑みると、連続する複数の点光源１０を１セットとして選択することが望ましい。【００１０】
光は撮像部１１により電気信号に変換され、画像入力部５２を介して、画像としてコンピュータ５に取り込まれる。取り込まれた画像は一度メモリ６に蓄えられる。そして、メモリ６に格納されたプログラムによりＣＰＵ７はメモリに蓄えられている一つ以上の画像と予め記憶装置１４に格納されている一つ以上の画像を照合し、認証を行う。点光源１０からの照射光は複数の指に当てることで、複数の指の血管を同時に撮影することができる。手１の位置や姿勢の計算は撮像部１１で撮影した手の画像を利用して手の位置と姿勢を検知してもよいし、撮像部１１で撮影した手１の画像および手１と距離センサ４の間の距離データの両方を用いてもよい。認証結果はスピーカ１５を用いて音声でユーザに知らせることができ、同様に表示部１６に認証結果を表示してユーザに知らせることができる。開口部３に可視光源１７を設け、待機時、提示された手を検知し、認証処理時、認証成功時、認証失敗時でそれぞれ異なる色の光で可視光源を光らせることで、ユーザに認証処理の状態を知らせることができる。また、キーボード１８に暗証番号やＩＤを入力させ、登録者を特定してから手を提示して認証（１：１認証）を行うことができる。【００１１】
開口部３および開口部２５にはアクリルやガラスなどの透明な部材を用いることができる。可視光をカットし、近赤外光のみを通過させるフィルムを開口部３および開口部２５に装着し、ユーザから装置内部を見えないようにすることができる。【００１２】
光源アレイ９は、開口部３および２５の側方に配置されている。開口部３および２５の側方、特に、手を提示するユーザに対して正面側に光源アレイ９が配置されることで、後述するようにユーザが移動しながら認証を実行する際等に、移動方向と上方向に開放空間を形成することが可能となり、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。【００１３】
光源アレイ９には、複数の光源が、格子状に配列されている。言いかえれば、開口部３の開口面が形成される方向と、装置の設置面に対して上方向に、夫々複数の光源が配置されるように配置されている。【００１４】
鮮明な指血管画像を撮影するための光源アレイ９の制御方法について述べる。指の血管の撮影方法については、図３に示すように、手の甲側の指に光源アレイ９からの照射光（近赤外光）を当て、指を透過する光を撮像部１１が受光することで血管画像を撮影することができる。ここで、認証装置２での指血管の撮影において、光源アレイ９の制御が必要となる理由について説明する。血管画像を撮影する際、光源アレイ９を構成する全ての点光源１０を点灯させた場合、手を提示しない状態では開口部内に多くの光が入り込む。さらに、全ての点光源１０を点灯させたまま、手を提示すると、指や指以外の部分に当たり反射した光により撮影される血管画像において手の領域は輝度が飽和して白とびしてしまう。白飛びを抑えるために露光時間を短くしたり、各点光源１０の光量を小さくしたりすると、指を透過する光量が減少し、さらに開口部内には指を透過しなかった点光源１０からの照射光の存在により、撮影される血管画像は不鮮明になる。また、本装置構成では、指のみならず、掌等を含めた手全体を開口部３に提示可能であるため、開口部３は指のみを提示させることを想定した装置よりもはるかにワイドな形状が望ましいところであり、撮影には不要な光が開口部３を介して入り込む確率が高くなるため、指内を透過した光量の小さい透過光の撮影を妨げるリスクが高くなってしまう。【００１５】
したがって、鮮明な血管画像を撮影するためには光源アレイ９からの照射光を指のみに当て、指を透過する光の量を増加させる必要がある。【００１６】
光源アレイ９を制御して指にのみ光を当てることが望ましいが、複数の指を撮影するために複数の指に同時に光を照射しようとすると、指と指の間を照射光がすり抜けてしまう。例えば図４のように、開口部からの距離が近い位置に配置された光源は、指と指の間をすり抜ける確率が高く、点光源の照射光が直接撮像部１１に受光されると、白とび（輝度の飽和）が発生し、鮮明な血管が撮影できない。そこで、図５のように照射光が指に当たらずに開口部内に入り込む場合でも照射光が直接撮像部１１で受光される確率が低くなるように、各光源の光軸と開口部の開口面によって形成される鋭角の角度は、開口部からの距離が近い光源、言いかえれば、設置面に対してより下方側に配置された光源の方が小さくなるように配置する事が望ましい。この構成により、輝度の飽和が生じる可能性が下がり、より鮮明な血管撮影が可能となる。【００１７】
光源アレイ９からの照射光の光量を制御して撮影した指血管画像を利用する認証処理のフローチャートを図６に示す。はじめに、１０１で認証者が開口部３の上部に手を提示し、１０２で手の検知を行う。距離センサ４で取得した距離データから手を検出し、１０３で手が検出されたかどうかを判断する。手が検出されない場合は、１０２の手の検出に戻る。手が検出された場合は１０４の手の位置および姿勢の検知処理を行う。言いかえれば、手の3次元形状に基づく位置情報および姿勢情報を検出し取得する。１０４で検知した手の位置および手の姿勢に応じて、１０５で光源アレイ９を制御し、指の血管を撮影するための点光源１０のみを、照射用光源として選択し点灯させる。照射用光源の点灯後に１０６で撮像部１１が指血管を撮影する。次に１０７で指血管画像内の複数の指領域の検出を行い、１０８で各指領域の指の回転補正や指の姿勢変動による歪みの補正などの正規化処理を行う。指血管画像の正規化後、１０９で各指血管画像から血管特徴を抽出する。１１０で抽出した血管特徴と既に記憶装置１４に登録されている血管特徴を照合して照合スコアを算出し、１１１で照合スコアが所定の閾値ＴＨ１より大きい場合は１１２認証成功後処理を行い、照合スコアがＴＨ１以下の場合は１１３で認証失敗後処理を行い、認証フローを終了する。【００１８】
鮮明な指血管画像を撮影するための手や指の位置変動および姿勢変動に応じた光源アレイ９の制御方法について述べる。まず、図１の認証装置における手や指の位置変動および姿勢変動を説明する。図１の装置において手を提示する空間は、図７の破線で囲まれた空間内（装置幅方向：Ｘ、装置奥行き方向：Ｙ、装置高さ方向：Ｚ）であることが望ましく、手のひら側を下に向けて、複数の指が同時に提示されることを想定している。したがって、手の位置変動については、装置幅方向、装置奥行き方向、装置高さ方向の３軸それぞれの方向に手の位置が移動する。手の姿勢変動については、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３軸それぞれを中心とした回転に伴う姿勢変動および、指の曲げや反り返りなどの指の三次元空間における姿勢変動がある。上記のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸それぞれの方向に手が移動する場合の光源アレイ９の点灯制御は、手や指の提示位置に応じて指を透過する光を照射する点光源１０をのみを点灯させることで行う。【００１９】
検知した複数の指の提示位置に応じて点灯する点光源１０、すなわち照射用光源を変化させる場合、指の検出位置のゆらぎによって、同じ位置に指が提示されていても点灯する点光源１０が変動し続け、鮮明な血管画像を安定して撮影できないことがある。そこで、安定して検知できる複数の指の検知位置の平均や手全体の位置から光源アレイ９を制御して複数の指の鮮明な血管画像を撮影するために点灯する点光源１０を決定することができる。【００２０】
手の回転による姿勢変動に応じた光源アレイ９の点灯制御方法について述べる。図８の例では光源アレイ９の正面に指先を向けて手を提示している。このとき撮像部１１で撮影した血管画像１９は図９のように手１の指血管２０が撮影されているとする。認証装置２に対して手は様々な姿勢で提示できる。そのため、図１０のように撮像部１１の撮像面上で手を回転させて提示した場合、光源アレイ９の点光源１０の照射方向と指の位置が変動する。図１０の例では図８の手の提示姿勢より撮像面上において９０度ほど手を回転させ、同じ高さ、同じ照射角の点光源９からの照射光を指に当てている。図８の手の提示姿勢では指の血管が鮮明に撮影できる（図９）。一方で、図１０の手の姿勢では点光源１０からの照射光が指の側面に当たり反射した光を撮像部１１が受光するため、撮像部１１で撮影した血管画像１９では図１１のように手１の指の片側半面に輝度飽和領域２１が発生してしまう。そこで、図１４のように点光源１０の照射方向と提示する手の指先の方向が、撮像面上で直交している場合は、照射する点光源１０の位置を高くすることで、指の側面に当たる光を減らし、指の片側半面の輝度飽和を抑制できる。【００２１】
提示された手の回転に応じて光源アレイ９の点灯制御を行い、指血管を撮影するフローチャートの一例を図１２に示す。２０１で認証者が手を認証装置２に提示し、２０２で提示された手の検出を行う。２０３で手が検出されたかどうかを判断する。手が検出されない場合は、２０２の手の検出に戻る。手が検出された場合は２０４の手および指の位置検知処理を行う。次に、２０５で検知された手と指から手の回転角度を算出する。２０４で検知した指の位置および２０５で算出した手の回転角度を用いて２０６で光源アレイ９の点灯制御を行い、指の側面に光が照射されにくく、鮮明な指血管を撮影するための光が照射できる点光源１０のみを点灯させる。２０７で点光源１０の点灯後に、撮像部１１が指血管画像を撮影する。２０５の手の回転角度の算出方法は、様々な方法が考えられるが、例を挙げるとすれば、手のひらの中心と各指先の向いている方向の平均（指先の平均方向）を算出し、手のひらの中心と指先の平均方向のなす角度を手の回転角度とすることができることが望ましい。例えば指自体から回転角度を計算してしまうと、指は関節が多く姿勢の変動が大きいため回転角度に誤差が生じる可能性が高い。一方で、変動の姿勢変動が相対的に小さい手のひらと指の存在する方向との位置関係から手の回転角度を求めれば、指自体を対象として計算した場合よりも高い精度で回転角度を求めることが可能となる。２０６の光源アレイ制御方法の詳細について述べる。まず、図８のように光源アレイの正面に指先の平均方向が向いているときを回転角度の基準位置（角度０度）とし、図１０のように基準位置と直角に指先の平均方向が向いているときの回転角度を９０度とする。提示された手の回転角度を０度から９０度に大きくしていくにつれて、指の側面に照射される光が強くなる。したがって、指の提示された位置に応じて照射する点光源１０を仮決定し、さらに、手の回転角度に応じて、指の側面に光を照射しないように、仮決定した点光源１０の位置より高い位置の点光源１０を点灯する。手の回転角度に応じた点灯する点光源１０の高さは、回転角度に比例して、どの高さの点光源１０を点灯させるかを予め決めておくことができる。【００２２】
点灯させる点光源１０の光量制御については、手の大きさに関わらず一定光量で照射することができる。しかし、一般的に手が大きいほど、指の幅と厚みが増し、光を透過しにくくなる。したがって、指の幅と厚みに応じて照射する光量を制御することで、手のサイズに関わらず鮮明な血管画像を撮影することができる。手の位置や姿勢の情報から光源アレイ９を制御し、手の大きさに応じて点光源１０の光量を制御し、指血管を撮影する処理の一例のフローチャートを図１３に示す。３０１で認証者が手を認証装置２に提示し、３０２で提示された手の検出を行う。３０３で手が検出されたかどうかを判断する。手が検出されない場合は、３０２の手の検出に戻る。手が検出された場合は３０４の手・指の位置および姿勢検知処理を行う。３０４の位置および姿勢検知結果に基づいて３０５で光源アレイ９の点灯する点光源１０を決定する。３０６では３０４で検知した手や指の検知姿勢および距離センサ４で取得した距離データから指の幅と厚みを計算する。３０７では３０６で算出した指の幅と厚みから点灯する点光源１０の光量制御を行い、３０８で指血管画像を撮影する。３０６の指の幅と厚みの算出において、距離センサ４のみでは正確な指の厚みを計測するのが困難であるため、指の幅のみを利用して３０７で光量を制御してもよい。また、指の厚み計測の代替手段として、距離センサ４を用いて計測できる手や指の形状・大きさから指の厚みを推定することができる。例えば、指の長さと幅から指の厚みを推定することができる。また、手全体の大きさや手のひら領域の大きさから指の厚みを推定することができる。推定した指の厚みを利用する光量制御方法は、基準となる指の厚みとその指の厚みにおける照射光量を予め決めておき、提示された手の指の厚みと基準とする指の厚みの比率に応じて照射光量を決定することができる。また、提示された手が前フレームの血管撮影時と同じ位置にある（静止している）場合は、撮像部１１で撮影した血管画像の指領域の輝度平均から、光量の過不足判定を行い、判定結果を利用して光量をフィードバック制御することができる。【００２３】
指と点灯する点光源１０の距離に応じた光量制御については、点光源１０がＬＥＤなどの照射光が距離に応じて大きく拡散する場合、同じ光量値で点灯すると点光源１０と指との距離が大きくなるにつれて、指に照射される光の量が小さくなり、指を透過する光の量も少なくなってしまう。そこで、指と点光源１０の距離に応じて、指に一定の光量が照射されるように点光源１０の照射光量を制御する。【００２４】
手や指を指血管撮像面（Ｘ−Ｙ平面）に対して傾斜させるような姿勢変動に対応して鮮明な血管画像を撮影するための光源アレイ９の光量制御方法について述べる。図１５の光源アレイ９の点光源配置は撮像部１１の撮像面に水平になるような手の姿勢で、装置高さ方向（Ｚ軸方向）に移動させた場合に、提示する手の高さを変えても指の血管が鮮明に撮影できるように各点光源の照射角度が調整されている例である。これは点光源１０から照射する光が指を透過する量が変化しないためである。しかし、図１５の手の水平姿勢から図１６のように手のひらを傾けた姿勢に変化させると、点光源の照射光が指を透過する光量が変化し（今回の例では、透過光量が増加する）、輝度が飽和したり、暗く不鮮明な血管画像が撮影されたりする。そこで、手の傾き姿勢に応じて点光源１０の透過光が指を透過する量が一定となるように光量制御を行い、鮮明な指血管画像を撮影する。【００２５】
常に一定の光量で点光源１０を点灯すると図１４の手の姿勢で鮮明な血管画像が撮影できていても図１５の手の姿勢に変動すると指を透過する光の量が増え、血管画像内で輝度が飽和してしまうため、点灯する点光源１０の照射光量を減らすことで、鮮明な指血管を撮影することが可能となる。
【実施例２】
【００２６】
実施例１では、撮影した画像の輝度飽和領域の出現を抑えるための光源の配置方法や光量の制御方法について説明したが、本実施例では、より輝度飽和領域の出現率を低減する光源の制御手段について説明する。【００２７】
手や指の位置や姿勢変動が生じた場合、照射用光源の選択は、指に光を照射する光源の中でも、より飽和領域が生じにくい光源を選択することが望ましい。本実施例では、より輝度飽和領域が生じにくい選択方法として、点光源１０からの照射光を当てる指の部位に着目した方法について述べる。【００２８】
例えば、指に光を照射する部位を根元側と指先側で対比した場合、図１７のように指の指先側は、指根元付近よりも指と指の間の空間が広くなるため、指先側を照射しようとした光が指と指の間をすり抜ける量が多くなり、血管画像の画質が低下してしまう。また、指の指先付近を狙って照射した場合、撮像部は指と指をすり抜けた照射光を多く受光するだけでなく、指を透過した光以外に、指先や指の側面で反射した光を受光しやすく、撮像部１１で撮影した指血管画像において、指先や指側面の領域に輝度飽和が発生してしまう。一方で、図１８のように指の根元側の第二関節付近を照射することで、指と指の間をすり抜ける照射光を減らし、かつ光が透過しやすい関節位置に光が照射されるため、血管画像の画質低下を防ぐことができる。さらに、点光源１０から光が照射される指の部位が指の根元側に多少ずれたとしても、照射光は手の甲で反射または、吸収されるため、提示された手よりも下方の撮像部１１に余計な光が受光されることがなく、血管画像の画質低下を防ぐことが可能となる。
【実施例３】
【００２９】
実施例１では、指の提示姿勢の自由度を広げるべく、光源アレイ９における格子状に配列された光源について説明したが、提示姿勢の利便性を向上させつつ、かつ撮影画像の精度を向上させるための光源配置方法の別実施例について説明する。尚、本実施例は、複数の光源が格子状に配列されていれば、実施例１や２の光量制御とは独立して実施可能であることは言うまでもない。【００３０】
本実施例における光源アレイ９を構成する各点光源１０の配置位置は、実施例１の図３のように開口部３の面に対して略垂直方向に配置するのではなく、撮像部１１の画角２２内（言いかえれば、撮像部１１の撮影範囲）や距離センサ４の画角２３内（言いかえれば、距離センサ４の検知範囲）に写り込まないように、図１９のように光源アレイ９が画角外となるように傾斜させて配置することができる。撮像部１１の画角２２内に光源アレイ９が写り込むと、光源の点灯時に光源部分が明るくなり、輝度飽和が生じてしまい、血管画像全体の鮮明さを低下させることがある。これは、筺体の設置面に対して垂直方向に複数の光源が格子状に配列されることで、光源が撮像部１１および距離センサ４の画角範囲内に写り込みやすくなるという認証装置２の光源特有の事象である。したがって、図１９のように光源アレイ９を傾けて配置することで、光源アレイ９の写り込みを防ぎ、鮮明な血管画像を撮影することができる。また、距離センサ４の画角２３内に光源アレイが写り込むと、距離計測において、よりノイズを含み手や指の位置検知および姿勢検知の精度を低下させることがある。したがって、図１９のように光源アレイ９を傾けて配置することで、点光源１０の写り込みを防ぎ、手や指の位置検知および姿勢検知の精度劣化を防ぐことができるとともに、撮影された画像に輝度飽和の発生を抑制する事ができる。
【実施例４】
【００３１】
実施例１の認証装置２の構成において、近赤外光を利用する距離計測と近赤外光を利用する指の血管撮影を同時に行い、手の位置や姿勢を検知する方法について述べる。距離センサ４がＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式などの近赤外光の反射を用いて距離計測を行う場合、距離センサ４が上方へ照射する近赤外光は開口部３にアクリルやガラスなどの透明な部材を用いることで、開口部３を透過し手１の表面で反射して再び開口部３を透過して距離センサ４で受光される。指血管の撮影においても光源アレイ９から照射される近赤外光を利用するため、距離検知用の近赤外光と血管撮影用の近赤外光が互いに干渉し、距離検知と血管撮影を同時に行うことができない。そこで、距離検知用の光と血管撮影用の光で異なる波長を選択することで互いの波長の干渉を抑えることができる。さらに、血管撮影を行う撮像部１１が受光する前に光学フィルタ１２で距離検知用の波長帯の光をカットし、血管撮影用の波長帯の光のみを透過させることで、距離検知と血管撮影において、それぞれ近赤外光を用いながらも距離検知と血管撮影を同時に行うことができる。具体的な波長の範囲を、あくまでも一例として挙げると、距離センサ４が830nmから870nmの範囲の波長帯の光を利用し、光源アレイ９は870nmから950nmの範囲の波長帯を用いて撮像部１１は血管を撮影し、撮像部１１が受光する前に光学フィルタ１２で距離センサ４と光源アレイ９がそれぞれ選択した波長の中間の波長帯より短い波長の光を遮光することが、距離計測と血管撮影を同時に行う波長の範囲として望ましい。距離センサ４と光源アレイ９の波長帯をより遠ざけるように、距離センサ４が840nmから860nmまでの範囲の波長帯を利用し、光源アレイ９は890nmから910nmまでの範囲の波長帯を利用することができる。このとき、860nmから890nmの範囲内の所定の波長より短い波長の光を遮光する光学フィルタ１２を用いる。さらに選択する波長を限定し、距離センサ４が850nmまたは870nmの波長帯の近赤外光を利用し、光源アレイ９の波長を910nmにして光学フィルタ１２で900nmより短い波長の光を遮光することで、高精度な距離計測と鮮明な血管撮影を同時に行うことができる。【００３２】
または、光源アレイ９の波長を850nmから870nmの範囲から選択し、距離センサ４の波長を850nmより短い波長または870nmより長い波長から選択することもできる。このとき、光源アレイ９の波長光のみを透過させ、距離センサ４の波長光を遮光する光学フィルタ１２を利用する。【００３３】
ＴｏＦ方式の距離センサ４の距離計測用に上方に照射する近赤外光は、透明な部材の開口部３を透過すると上述したが、照射光の光軸と開口部３の面が直交する位置では、照射光が透過せずに反射して距離センサ４に受光されるため、距離の計測ができない場合がある。この距離が計測できない位置（距離計測不能点）に指が提示されることを防ぐため、統計的に手が置かれやすい位置を実験的に求め、指付近ではなく、手のひらや手首付近に距離計測不能点がくるように距離センサ４を配置することができる。具体的には、ユーザが光源アレイ９の正面に立って図８のように開口部３の上に手を提示した場合に、距離センサ４で取得される距離画像が図２０であったとする。この距離画像において、指は手全体の中での位置関係から、画像の上半面側、つまり、光源アレイ９に近い側に提示されやすい。一方で、距離画像の下半面には、手のひらが提示されることになる。そのため、距離画像の下半面、すなわち、光源アレイ９から遠くユーザに近い側に距離計測不能点がくるように距離センサ４を配置することができる。また、後述するが、ユーザが歩きながら認証装置２に手を提示して認証することを想定すると、図８のように光源アレイ９に近い側に指を提示する場合に加えて、図１０のように歩行中のユーザの提示する手の方向がユーザの進行方向と一致する場合が考えられる。このときの距離画像は図２１のように指が画像の左半面に写り、右半面に手のひらが写っている。したがって、図８と図１０の手の提示位置のどちらにおいても距離計測不能点が指付近ではなく、手のひら付近にくるように、距離計測不能点の設定範囲を距離画像を四分割した右下の領域とすることができる。また、光源アレイと開口部、及び距離センサとの位置関係から説明すれば、距離センサは、複数の光源を有する光源アレイから開口部の中心までの距離よりも、距離センサから開口部の中心までの距離の方が長くなる位置に配置されることになる。提示される手との関係で言えば、指先側に光源アレイが配置され、手のひら側に距離センサが設置されることが望ましい。【００３４】
また別の方法として、距離計測不能点に指ではなく手のひらが提示されるように、開口部３上に手の提示位置を誘導するためのマーキングをすることができる。このマーキングは可視光を遮蔽するが、近赤外光は透過する素材を用いることで、指血管の撮影に悪影響を及ぼすことがない。距離センサ４から上部に照射する光の光軸と開口部３の面が直交する位置（点）に照射光を吸収する素材を配置することで、開口部３で反射した光を距離センサ４が受光するのを防ぎ、距離計測が不能となる領域を小さくすることができる。【００３５】
距離計測と血管撮影が同時に撮影できると、距離センサ４の距離画像（距離データ）と撮像部１１で撮影した血管画像のそれぞれの画素の対応関係（座標変換）を求めることで、距離センサ４と撮像部１１の同期をとることができる。したがって、距離センサ４の距離画像から検出した手の領域や各指の領域の位置を座標変換により、血管画像内での位置に変換すれば、血管画像内で、手の領域や各指の領域を容易に決定することができる。血管画像のみを利用して手や指の領域を検出しようとする場合、撮像部１１で撮影した血管画像には提示された手以外の背景が写り込んでおり、手も様々な位置や姿勢で提示される。したがって、画像処理のみで手や指の領域を正確に検出することは困難である。一方で、距離センサ４で取得できる距離画像は背景と手の領域に明確な距離の差があるため、手や指の領域の検出が容易である。つまり、距離画像を利用した手や指の領域・位置検出結果を血管画像に反映できることは、手や指の領域・位置検出精度向上につながる。距離センサ４の距離画像（三次元データ）を撮像部１１で撮影した二次元の血管画像へ変換するパラメータは予め求めておくことができ、パラメータは距離センサ４と撮像部１１の光軸間の距離、光軸間の回転角度、距離センサ４の焦点距離、撮像部１１の焦点距離などがある。これらのパラメータはステレオキャリブレーションなどの手法を用いて求めることができる。ステレオキャリブレーションは複数の撮像部の間で共通の被写体を複数回撮影し、被写体の対応する位置の関係性から前述のパラメータを算出する。距離センサ４がＴｏＦ（Ｔｉｍｅ  ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）方式を用いている場合は、距離を計測する際に、複数の近赤外画像を撮影しているため、距離センサ４で取得した近赤外画像と撮像部１１で撮影した近赤外画像を利用してステレオキャリブレーションを行うことができる。または、距離センサ４の距離データと撮像部１１の画像データとの間でステレオキャリブレーションを行い、座標変換パラメータを求めてもよい。【００３６】
距離センサ４が複数のカメラで構成される配置したステレオカメラの場合は、距離計測において開口部の下部から上方に光を照射する必要がない。したがって、光源アレイ９は波長の制約がなく自由に波長を選択でき、かつ光源アレイ９からの照射光のみを利用して距離計測と指血管の撮影を同時に行うことができる。さらに、ステレオカメラを構成する複数のカメラのうち、一つ以上のカメラを撮像部１１とすることで、距離計測と指血管の撮影を同じカメラで行うことができ、光軸の異なる距離センサ４と撮像部１１の間の座標変換を行う必要がなくなる。【００３７】
図１の認証装置において、距離センサ４で取得した距離データからの手の位置・手の姿勢検知手段について、一例を図２２のフローチャートに示す。まず、４０１で手の検出や姿勢検知の前に、距離センサ４で取得した距離データを画素値が距離を表す距離画像に変換しておく。４０２で距離画像内において所定の範囲の距離に存在するオブジェクトを検出する。例えば、距離画像内の全画素値（距離値）のヒストグラムを生成し、ヒストグラムの極大位置付近の距離値のみを残すことで抽出できる連続画素の領域としてオブジェクトは検出できる。４０３でオブジェクトが検出された場合は、４０４の手のひら中心検出を行い、オブジェクトが検出されないときは４０２のオブジェクト検出に戻る。４０４の手のひら中心の検出は４０３で検出したオブジェクトの輪郭位置の平滑化をモルフォロジー演算などを利用して行い、オブジェクトの輪郭線（閉曲線）を抽出する。求めた輪郭線が手の領域であると仮定し、輪郭線の内部に内接する最大半径の円の中心を手のひら中心とする。次に、４０５で手の輪郭線と手のひら中心から指先と指の股を検出する。手のひら中心から輪郭線上の各点までの距離プロファイルを計算し、距離プロファイルの曲率値が極大かつ所定の値より大きい閉曲線上の点を指先として検出し、曲率値が極小となる位置を指の股として検出する。４０６で指先を一つ以上検出した場合に、４０２で検出したオブジェクトが手であると判定し、４０７の手・指の姿勢検知を行う。４０６で指先を検出できない場合は、４０２のオブジェクト検出に戻る。手の姿勢検知は、上記の手のひら中心付近の距離データから距離センサ４の撮像面に対する三次元空間上の手のひらの傾き角度や手のひら周辺の姿勢変化を検知することができる。指の位置は、４０５で検出した指先や指の股の位置として決定し、指の領域は各指の指先と指の股を包含する領域として検出する。
指の姿勢は、指の股位置から指先にかけての指領域の距離データから指の曲げや反り返りなどの三次元空間における姿勢変動として検知することができる。
図１の認証装置２における手・指の姿勢検知後の認証方法の具体的な流れの例を図２３のフローチャートに示す。５０１で認証時にユーザが手を開口部３開口部３の上部に提示し、５０２で各指の位置・領域・姿勢を検知した後、５０３で距離センサ４の距離画像から撮像部１１の血管画像への座標変換を行い、血管画像の中における各指の位置および領域を決定する。５０４で血管画像内の各指の領域を切り出し、５０５で各指の姿勢検知に基づいて切り出した指領域の画像の回転補正や三次元的な姿勢変動に伴う歪み補正などの正規化処理を行う。回転補正や歪み補正後の複数の指の切り出し画像から５０６で血管パターンや特徴点などの血管特徴を抽出し、５０７で記憶装置１４に予め登録してある複数の指の特徴情報と照合し、ユーザの提示した手の指ごとに照合スコアを算出する。５０８で算出した複数の照合スコアを統合したスコアが閾値ＴＨ１を上回る場合はユーザが登録者であると判定され、５０９で認証に成功したことを表示部１６に表示し、スピーカ１５から電子音や音声で認証された旨を通知する。スコアが閾値ＴＨ１以下で登録者ではないと判定された場合は、５１０で認証に失敗したことを表示部１６に表示し、スピーカ１５から音で認証に失敗した旨を通知する。
【実施例５】
【００３８】
本実施例では、図１の認証装置を利用し、歩行中のユーザが立ち止まることなく手を提示して認証を行う、所謂ウォークスルー型の指の血管、特に静脈を用いた認証について述べる。尚、ここでは入退出システムに関する一例を用いて説明するが、銀行の自動預け払い機等、別の形態でも用いることができることは言うまでもない。【００３９】
認証するユーザが歩行する導線を確保するために図２４のように認証装置の外側にユーザの進行方向に長い外装カバーを取り付け、移動する手が筺体に提示されている時間ができるだけ長くなるような構成にすることが望ましい。外装カバー２４には、図１の装置の開口部３に対応する開口部２５および開口部８に対応する開口部２６を設ける。図２５のように外装カバー２４の先に開閉ゲート３６を設け、歩いてきたユーザが手を提示して認証されると開閉ゲート３６が開き、ゲートを通過できる仕組みとすることができる。尚、開閉ゲート３６は、自動ドアのようなドア型のタイプ等、入退出システムに関する別の形態のものであってもよい。【００４０】
ユーザは歩きながら手を提示するため、立ち止まった状態で提示するよりも手の姿勢変動は大きくなる。その上、歩きながら手を提示するので、撮像部１１は移動中の手の指血管を撮影する必要がある。しかし、手の移動速度に対して、光源アレイ９の制御が間に合わない場合は、鮮明な指血管を撮影することができない。【００４１】
そこで、提示される手の動きから、事前に手が提示される位置を予測して、予め光源アレイ９の点灯制御を行う。手が予測位置に到達するタイミングで点光源１０、すなわち照射用光源を照射することで、手の移動が速い場合でも鮮明な指血管を撮影することができる。言いかえれば、手の移動方向側に配置されている点光源１０を、照射用光源として選択する。【００４２】
ユーザの進行方向が図２４のように一方向に限定されるのであれば、開口部２５に提示する手の動きが制限される。例えば、手はユーザの進行方向に移動することはあっても、進行方向の反対方向から手が移動してくる可能性は低い。したがって、開口部２５の下部に配置した距離センサ４または撮像部１１が手を検知した瞬間から手の移動していく位置と到達時間を予測し、予測位置で予測したタイミングで指血管を撮影するための点光源１０を手が提示される瞬間または、提示される直前に点灯することができる。【００４３】
開口部２５の範囲が狭いと、手の移動を予測するための空間や時間が不十分であることがある。したがって、図２６のように外装カバー２４の開口部２５をユーザの進行方向および逆方向に広げ、図１の距離センサ４または、図示しない追加の距離センサなどで撮像部１１が指血管を撮影する前から手の移動を検知する。このとき外装カバー２４の開口部２５に対応する認証装置２の開口部３もユーザの進行方向および逆方向に広げる。開口部２５を広げたことで手の移動を検知する空間や時間が図２４の装置よりも確保でき、より手の移動を予測しやすくなる。【００４４】
歩行中のユーザが手を認証装置２に提示する時間は立ち止まって手を提示する時間よりも短く、さらに歩行中の方が手の提示姿勢の変動が大きくなりやすいため、指血管を鮮明に撮影することは困難である。しかし、ユーザの進行方向が一定の場合は、手の移動方向だけでなく、提示される手の姿勢も制限される。例えば、図２７のようにユーザが歩行しながら手を提示する場合は、図２７（ａ）や図２７（ｂ）のような手の姿勢となることが考えられる。そこで、歩行中のユーザが提示する手の姿勢において、より鮮明な指の血管が撮影できるように、光源アレイ９の各点光源１０の照射角度や配置を決定する。図３の光源アレイ９の点光源１０の配置は（実施例１で説明したように）図２７（ｂ）の姿勢で手を提示したときに点光源１０からの照射光が指を透過しやすく、鮮明な血管画像が撮影できる。一方で、図２７（ａ）のような姿勢で手を提示したときは、点光源１０からの照射光が指側面に当たり、直接反射して撮像部１１に受光されるため、指の半面に輝度飽和領域が発生した血管画像となってしまう。そこで、図２８のように開口部２５の位置に対して光源アレイ９の点光源１０をユーザの進行方向の奥側にずらして配置し、光源アレイ９の中のユーザ進行方向奥側の点光源１０の照射光が図２７（ａ）の姿勢の手の指に当たるように、点光源１０の照射角度を調整する。具体的には、照射用光源である点光源１０の角度が、他の光源よりも指先の向きの正面方向側に傾斜を持たせた形状とすることが望ましい。図２８のように指先の正面方向から光を照射することで、指の側面に照射光が当たりにくくし、かつ指を透過する光の量を増やすことができ、鮮明な血管画像を撮影することができる。さらに、光源アレイ９の各点光源１０の配置を調整することで、図２７（ａ）の姿勢で提示される手の指血管をより鮮明に撮影する。光源アレイ９のユーザ進行方向奥側の点光源１０を図２９のようにユーザ進行方向の正面に（ユーザの歩行を妨げない程度に）傾けることで、指の側面に当たる照射光の量をさらに減らし、指を透過する光の量を増やすことができる。【００４５】
また、歩行中のユーザがなるべく所定の位置に手を提示しやすくするため、開口部３または開口部２５に手形などのマーキングを施す。近赤外光を透過し、可視光を遮蔽する素材をマーキングに用いることで、指血管の撮影に悪影響を及ぼすことなく、ユーザに提示すべき位置を知らせることができる。
【実施例６】
【００４６】
本実施例では、実施例５のウォークスルー型の指血管認証において、機器認証との併用により、高速かつ高精度な認証を行う観点から、さらに効率的に本人確認を行う方法について述べる。機器認証を用いない実施例５では、図２４の装置に手を提示し、指血管が撮影されると、指血管画像から抽出される特徴情報は、記憶装置１４に格納されている全ての特徴情報と照合し、認証を行わなければならない場合がある。記憶装置１４に非常に多くの人の特徴情報が登録される場合には、認証にかかる時間が増大し、かつ多くの他人の特徴情報と照合するため、認証エラーを起こすリスクも高くなる。しかし、手を提示する際または、直前に機器認証を行い、記憶装置１４に格納されている認証機器のＩＤに紐づいた生体の特徴情報とのみ照合し、認証を行うことで、異なる生体の特徴情報同士の余計な照合を減らし、効率的かつ高速な認証が可能になる。言い変えて説明すれば、予め記憶装置１４に格納されている複数の登録データに紐づけられたIDと、別機器に内蔵されたIDとの認証を生体認証の前に実行し、複数の登録データの特定または絞り込みを実行した上で生体認証を実行することで、複数の登録データ全体の母集団よりも、生体認証を行う登録データの数を少なくすることができるため、全ての登録データと総当たりで生体認証を行うよりも短い時間で生体認証を完了することができるのである。【００４７】
本実施例では別の機器認証の一例として、腕時計型（リストバンド型）の認証機器を利用した認証方法について述べる。腕に装着するタイプの認証機器は、認証用の筺体に提示する際、自然と指部分を含めた手全体を筺体に提示することとなるため、腕の認証機器と、血管の撮影対象である指を、一回の動作で筺体に提示することができるため、ユーザが手（指および腕）を提示してから認証が完了するまでの一連の時間を大きく短縮する事が可能となる。
図３０に示した装置構成では、ユーザが歩行しながら手を開口部２５に提示して指血管を撮影する際、手首に装着した認証機器２７が、ＩＤ読み取り装置２８にちょうど近接するよう開口部２５付近に配置し、機器認証と指血管による生体認証とを同時に可能にする。図３０の例では、歩きながら手を提示する際の姿勢変動を許容するため、手の手首部分の認証機器２７が常にＩＤを近い距離で読み取りできるよう読み取り端末２８を配置している。ユーザ進行方向の手前側の光源アレイ９の配置面側の読み取り端末２８−１やユーザ進行方向の手前側の提示部２５付近の読み取り端末２８−２や、提示部２５から見て光源アレイ９と反対側の読み取り端末２８−３などを外装カバー２４上に配置または外装カバー２４に埋め込むことができる。もちろん、ＩＤ読み取り端末の受信部（アンテナ等）のみを上記のように配置し、端末本体は筺体内部の別の基板上に配置する方法でも構わない。【００４８】
また、手のひらや指の提示位置をマーキングしてユーザの提示する手を所定の位置に誘導して、指は開口部上、腕は端末２８上に一回の動作で提示されるようにして、腕時計型の認証機器２７のＩＤをより高速に、読み取りやすくすることもできる。【００４９】
上述の例では、近接型の機器認証手段の適用を想定したが、腕時計型の端末の場合、認証を行う手とは反対の手に装着することもあり得るため、うまくＩＤを読み取れないことも考えられる。あるいは認証機器２７を首からぶら下げるネックホルダー型やポケットに入れておける小型タイプにすることも考えられる。ウェアラブル端末は母艦となるスマートホン等との通信を行うことを前提とした設計がなされていることが多く、電波通信機能を持つものが多い。これらの通信機能においては、電波状況を常時モニタリングするRSSI (受信電波強度：Received Signal Strength Indicator)と呼ばれる機能を持つのが一般的であり、通信相手が発信する際の電波強度を容易に知ることができる。RSSIは機器が同じ出力で発信すれば一般に距離が近いほど強くなる傾向がある。従って出力を統一した環境であれば、図３２に示すように、本発明のＩＤ読み取り部からのRSSI値を調べることによって、複数の認証機器２７の中から認証装置２４に最も近い位置にある認証機器２７を見つけることができる。そして、その端末が発信するＩＤに紐付けられた生体登録データを用いて認証を行うことで、認証機器２７が手の反対側にあり、周囲に他の同種端末が存在していたとしても、問題なく認証を実行することができる。この場合、認証機器２７とＩＤ読み取り端末との間を近接させるように、ユーザの手の位置を誘導したり配慮したりする必要はなくなる。但し、認証機器２７が何らかの形で遮蔽されたり、本発明の認証装置との間に遮蔽物が存在したりした場合にはRSSI値が弱くなり、より遠くの位置にある同様端末のほうが高いRSSI値を示す場合もある。そこで認証を行う際には、対象とする電波強度の範囲を広げ、一定値以上の電波強度を持つ認証機器２７について、すべてＩＤを確認し、見つかったすべてのＩＤに紐付けられた生体登録データとの間の総当たり照合（１：Ｎ照合）を行って、その中に一致するものがあれば認証できたと判定する。対象とする電波強度の範囲を広げることで、認証にあたって手を提示する位置からの距離が拡大するため、ウォークスルーで認証を行う際、ユーザが近づきつつある早い時点でシステム側で認証機器２７の捕捉ができ、認証対象とすべきＩＤを取得できる。生体登録データが認証装置本体内に存在せず、たとえば、ネットワークで接続されたサーバ上に保管されていたり、認証機器２７の中に格納されていたりして、それを呼び出す必要がある場合でも、ユーザが認証位置に到達するまでの間に通信を行うことができ、ストレスのない認証を提供することができる。ここで述べた方式では、複数のＩＤとの１：Ｎ照合になるが、何万人規模の登録ユーザがある場合に、その全数と１：Ｎ照合を行うことに比べれば、Ｎが数件程度に抑えられる本方式は精度を保証する上でも有効な手段である。【００５０】
上記実施例で用いるリストバンド型の認証機器２７の一具体例を図３３に示す。認証機器２７は本体部27-1とバンド部27-2とから大きく構成され、情報表示用のディスプレイ27-3を持つ場合がある。27-3はタッチパネルインタフェースを持つことができる。認証機器２７は、上述のように電波通信機能を持ち、外部の機器との間で双方向のやりとりを行うことができる。機器２７は、予め設定をしておくと、ＩＤ読み取り端末２８からの発信データ等の求めに応じて機器ＩＤを発信することができる。発信してよいかどうかは機器２７側の設定でユーザが任意に指定することができる。また、ディスプレイ27-3にＩＤ発信許可を求めるメッセージ等を表示し、確認のためのインターフェースを提供することによって、ユーザが、認証装置からＩＤ送信要求があったことを知ることができ、安全性を高めることができる。認証装置２４で認証が行われると、その結果を受信し、ディスプレイ27-3に表示することもできる。【００５１】
特に認証が成功した場合には、認証機器２７の内部状態を別状態に遷移させることもできる。認証が成功したということは、認証機器２７を装着したユーザが生体認証によって厳格に本人確認がなされたことを意味する。一般に、機器は紛失したり盗まれたりして本人以外の人間に使われてしまうリスクを負っている。装着されているからといって、必ずしも正当な本人が利用しているとは限らない場合があるからである。そのため、ウェアラブル端末自体に生体認証機能を装備し、認証に成功した内部状態以外では上記利用をできなくする検討もされている。しかしながら、非常に小さな端末に生体認証機能を組み込むことは技術的に難易度が高く、精度的に不十分であったり、ウェアラブル端末側を大型化することになったりして問題があった。それに対し、認証装置２４での認証結果を認証機器２７に安全に反映させることができれば、上記問題が解決される。特に、認証装置２４は、手の姿勢変動に強く高速な認証が可能なため、一般の生体認証に比べて特に習熟しなくても精度よく使え、より生体認証を活用しやすくなる利点もある。そこで、認証装置２４で認証が成功された場合のみ認証機器２７の内部状態を遷移し、決済や鍵替わりといった機能を活用できるようにする。ユーザに対しては、遷移が行われると、図３３中の27-4に示したインジケータランプが点灯し、上記様々な用途での利用が可能になったことを示す。もちろん、ディスプレイ27-3に同様のマークを表示することでも代替可能である。但し、遷移状態で機器が盗まれてしまった場合、被害を防ぐことはできなくなる。そのため、バンドがしっかりと円環状を維持して手から認証機器２７が抜け落ちない状態になっているときのみ遷移を行うことができようにし、円環が切れると遷移を強制的に中止する機能を設ける。円環状になっているかどうかは、たとえば、接点スイッチ27-5を設けて、それによって電気的に導通しているかどうかを判定に用いることができる。さらに安全性を高める方法として、認証機器２７に生体センサを設け、血流が脈動していることや心拍があることをチェックし生体に装着されていることを確認した上で、さらに認証機器の上記着脱確認を行うことも可能である。【００５２】
上記では電波通信型の端末を利用する方法を示したが、こうした電子端末は一定のコストがかかる。そこで、より安価にＩＤを取得する方法として、リストバンドにバーコード等の識別マークを印刷し、それを利用する手段も考えられる。図３４は、認証中の撮影画面の例であるが、腕にリストバンドを巻いている。リストバンドには、バーコードや二次元コードが印刷されており、認証中の撮影画面でコードを読み取ることでＩＤを取得する。そして、取得したＩＤを上述のように活用することで、１：１の認証を実現することができる。印刷するバーコードは、リストバンドが腕上を回転することで認証中の撮影画面の画角から消失しないように、複数箇所に冗長に印刷するなどし、いずれの位置でもコードが確実に映せるよう設定する。
【実施例７】
【００５３】
本実施例では、高精度な指血管認証を実現するための実施例１の認証装置２で取得した複数の指血管特徴の登録方法について述べる。認証装置２では同時に複数の指の血管特徴が取得できるため、登録者のＩＤには複数の指の血管特徴を紐づけて登録することができる。高精度な認証を行うため、全ての指の血管が鮮明に撮影された瞬間の血管画像を用いて複数の指の血管特徴の登録ができる。同時に全ての指の血管が鮮明に撮影できない場合は、登録処理期間を設け、期間内に撮影された画像の中で指ごとに血管が鮮明に撮影されている瞬間の画像における血管特徴を登録することができる。この登録処理期間には、表示部１６に登録者が提示すべき手の姿勢のガイダンス情報を表示し、スピーカ１５で音声ガイダンスを行うことができる。【００５４】
手や指の姿勢変動が大きいと、光源アレイ９の照射光による照明条件も変化するため、一つの手の提示姿勢で撮影した血管特徴のみを登録しても、あらゆる姿勢変動に対応できない場合が考えられる。したがって、手や指の複数の姿勢で撮影した血管特徴を登録することで、様々な手の提示姿勢での認証が可能となる。【００５５】
偽造した人工物の登録を防ぐため、登録時に、提示した手のジェスチャー認識を行い、登録者に指定したジェスチャーをさせることで、剛体などの偽造物（人工物）をリジェクトする。
【実施例８】
【００５６】
本実施例では、実施例１の認証装置２で取得した複数の指血管特徴を用いた認証方法の一例について述べる。単に複数の指血管特徴を用いるだけではなく、指の空間的な並び順などの制約条件を利用することで、効率的に血管特徴の照合を行い、高精度な認証を実現する。【００５７】
認証の概要は次の通りである。認証装置２で取得した複数の指の血管特徴と、記憶装置１４にＩＤごとにまとめて格納されている複数の指の血管特徴の照合を行い、それぞれの指の血管特徴の照合結果を統合し、統合した照合スコアに基づいて認証を行う。尚、これまで述べてきた実施例と同様の構成・動作・処理に関しては省略する。【００５８】
複数の指の血管画像を用いて認証処理を行うフローチャートの一例を図３５に示す。まず、６０１で複数の指の血管画像を取得し、６０２で各指の血管像の品質評価値を算出しておき、６０３で各指の血管特徴を抽出する。抽出した各血管特徴は６０４で照合し、血管特徴ごとに照合スコアを算出する。６０５では、複数の照合スコアを合成することで一つの統合スコアを求める。６０６で統合スコアが予め設定した閾値ＴＨ３を上回るかどうか判断し、上回る場合は、６０７で認証成功後処理を行い、閾値を下回る場合は、６０８で認証失敗後処理を行う。尚、６０２の品質評価値は必ずしも計算する必要はない。【００５９】
複数の血管特徴の照合スコアを利用した認証方法については、二つ以上の複数のスコアを合成することで一つの統合スコアを求め、統合スコアが予め設定した閾値ＴＨ３を上回るときに認証成功とする方法がある。統合スコアの合成に用いる照合スコアは、図３５のフローチャートの６０２で求めた血管特徴や血管画像において血管が鮮明に撮影できているかどうかを表す指標（品質評価値）などに基づき、品質評価値の高い血管特徴の照合スコアを優先的に選択することができる。また、複数の照合スコアのうち、一つ以上の照合スコアが予め設定した閾値ＴＨ２を上回るときに認証成功とする方法や、最低Ｎ個以上（Ｎ＞１）の照合スコアが閾値ＴＨ２を上回るときに認証成功とする方法がある。【００６０】
手の提示姿勢の制約や、光源アレイ９の配置の制約などに伴い、入力時に提示される手の姿勢によっては、鮮明な血管が撮影できる指と撮影できない指に分かれることがある。生体の個体差ではなく、手の提示姿勢と認証装置２の構成に依存して血管が撮影しやすい指と撮影しにくい指に分かれる場合は、複数の指の血管特徴の照合スコアのうち、血管が撮影しやすい指の照合スコアの重みを大きく、血管が撮影しにくい指の照合スコアの重みを小さくすることで、誤認証を抑え、より同一指が一致する結果を反映した高精度な認証が実現できる。【００６１】
次に、指の空間的な並び順を利用した効率的な複数の指血管特徴の照合方法について述べる。例えば提示する手の指を４本検出し、４つの指血管特徴を入力とした場合に、ある登録ＩＤの手の指血管特徴５つと照合する場合を考える。入力と登録の指の本数が一致しないため、それぞれの指の対応が分からない。しかし、入力と登録の指血管特徴をそれぞれ総当たりで照合すると、本来照合すべきではない異なる指同士の照合回数を増やすことになる。そこで、検出した４本の指の空間的な並び順を保存したまま、登録の５つの指血管特徴と照合を行う。したがって、図３１のように実際の指の並びと異なる複数指の照合を排除することで、余計な照合回数を減らすことができるため、認証の高速化と高精度化を実現できる。
【実施例９】
【００６２】
以上に説明してきた実施例では、開口部の側方に突出した光源アレイを用いた構成において提示姿勢の制限範囲を広くする手段について説明してきたが、本実施例では別の装置形態例として、指の提示姿勢による撮影制限範囲を許容する手段について説明する。【００６３】
図３６は、非接触で認証可能な指の生体情報を用いた生体認証装置の全体構成を示す図である。【００６４】
認証装置３０の内部にはカメラ３１、そしてその周囲に光源３２が具備されており、光源３２より可視光ないし赤外光の波長帯域を有する光を指１に向けて照射する。カメラ３１は光源３２の照射する光の波長帯域に受光感度を有し、指１を反射した反射光ないし一度指１に吸収された後に再度指１から放出される拡散反射光（表面下散乱光）を撮影する。カメラ３１の光軸方向には光学フィルタ３３が搭載されており、光源３２が放出する光の波長帯域のみを透過させる効果を有する。なお、本実施例では４つの光源を備えているが、指１に光を照射できれば１つ以上としてもよい。【００６５】
認証装置３０が動作を開始すると、まず光源３２が点灯と消灯とを高速に切り替えながらその映像をカメラ３１が撮影する。被写体である指１が認証装置３０に近づくと、光源３２から照射された光が指１に到達するため、光源３２の点滅に合わせて指１が点滅して観測される。その点滅によって変化する輝度値の平均値の変化量が一定以上であり、かつその画素数が一定数より多い場合は指１が接近したものと見なして認証処理を開始する。【００６６】
なお、光源３２とカメラ３１の光軸に偏光フィルタを付けてもよい。光源３２に付ける偏光フィルタの偏光軸とカメラ３１に付ける偏光フィルタの偏光軸とを９０度ずらすことで、指１の表面で反射する光成分である鏡面反射光を除去できるため、この場合は指内部の血管をより鮮明に撮影することが可能となる。また、光源３２が複数個存在することを利用し、２つの光源にはカメラ３１の偏光フィルタの偏光軸と一致させ、残りの２つの光源は直交させるようにし、それぞれ２つの光源を交互に点灯することで、それぞれ鏡面反射成分と拡散反射成分とを撮影するようにしても良い。このとき、指表面の指紋情報と、指内部の血管情報とを独立に撮影できるため、高画質な生体情報を得ることが可能となる。【００６７】
図３７は認証装置３０により撮影された指１の映像の一例である。映像には、指１の輪郭４１、指紋４２、関節のしわ４３、血管４４が撮影されている。さらに隣接する指の一部４５も同時に撮影される。【００６８】
まず、指１の輪郭４１を輪郭追跡やグラフカットなどの一般的な手法により検出し、指１の内部領域と外部領域とを区別する。このとき、その境界線は指輪郭として獲得される。このとき、光源の点灯と消灯の2枚の画像の差分を取っても良い。これにより指以外の不要な被写体や外光が効率的に除去され、指領域を安定に求めることができる。次に、指輪郭をベクトルとみなしたときの平均ベクトルを得る。これにより指の長手方向が得られる。次に指先位置と指の根元位置の情報を得る。これは、指輪郭線の曲率が高い部分を検出することで獲得できる。そして指先、指の根元の位置情報を用いて、指の方向と拡大率を正規化する。ここまでの処理により、撮影された指の姿勢情報を得ることができる。このとき、上述の実施例にて示した通り、指の姿勢情報に応じて複数の光源３２の強度をそれぞれ調整することで、画質を向上することが可能となる。【００６９】
最後に、正規化された指画像より、指紋、指関節のしわ、血管を獲得する。指紋は模様が細かいため、指紋のピッチに合致した高周波成分を強調する空間フィルタを用いて獲得する。また、指の関節しわは指の方向に直交する線画を強調する空間フィルタを用いて獲得する。同様に血管は指の方向に並行する線画を強調する空間フィルタを用いて獲得する。なお、血管の撮影に関し、本実施例で示した４つの光源３２のうち任意の２つを異なる波長を照射する素子として2波長分の画像を撮影し、赤外線の血液の吸収率の差に応じて変化する輝度より血管を獲得しても良い。この方法により、正確な血管パターンを獲得できる。【００７０】
このように取り出された生体情報を１つ以上利用して、指が装置と非接触であっても、その提示姿勢によらず、生体特徴による非接触生体認証を実現できる。【００７１】
なお、指をかざす位置をガイダンスするために、ディスプレイに指の映像を提示するとともに、文章あるいは図によって指位置を誘導する情報を提示しても良い。利用者はこの情報を見ながら指位置を合わせることができ、認証精度を高められる。なお、指の提示する向きは自動的に補正可能であるため、指１と認証装置３０との距離だけをガイダンスしても良い。これにより、利用者にとってより利便性の高いガイドの提示が可能となる。もしくは、指１ははじめに認証装置３０に接触させ、その後ゆっくり遠ざける操作方法とし、指の拡大率が一定の領域になるまで連続撮影しながら適切なタイミングで認証用の画像を獲得しても良い。これにより指の大幅な位置ずれを抑制できるため、精度と利便性を両立することができる。【００７２】
指の位置に応じて特定の機能を切り替えるアプリケーションソフトウエアの一実施例を以下に示す。上述の認証装置において、指１の撮像部分を変化させると、その範囲に映る生体情報も変わる。たとえば指先、指の中間部分（中節部）、指の根元、の生体情報をそれぞれ登録しておき、それぞれの部位を提示すると、それぞれの登録データとの類似性が高くなるため、その照合結果に基づいてアプリケーションソフトが定義する機能を割り当てることができる。もしくは指を広く撮影して登録しておき、その登録状態からどれだけ指の位置がずれたかを算出して位置ずれの度合いを獲得し、この結果に基づいて機能を割り当てても良い。【００７３】
アプリケーションソフトがテレビゲームである場合には、利用者が操作するキャラクターの動作そのものが機能として事前に定義されており、それぞれの動作をゲームコントローラのボタンの種類に応じて変化させることが一般的である。たとえば、走る、飛ぶ、しゃがむ、などの動作は、Ａボタン、Ｂボタン、Ｘボタン、などに割り当て、利用者がそのボタンを押すことで所定の動作を実施する。これに対し、指ごとに動作を割り当てる、たとえば人差し指を提示すると走る、中指を提示すると飛ぶ、などを割り当てることが可能となる。同様に、同じ指であっても指先、中節部、指の根元、に応じて機能を割り当てても良い。【００７４】
アプリケーションソフトがやり投げを行うテレビゲームである場合には、助走する機能や、やりの投てき角度を調整する機能などを指の特定部位に自由に割り当てることができる。助走する指を提示することでキャラクターを助走させ、踏み切り板に到達した際には投てき角度を調整する指をタイミング良く提示し、そして良いタイミングでその指を離すとやりが投てきされる。このとき、助走の速さと投てき角度に応じてその飛距離が決まる。助走の速さは、登録した生体情報との類似度が高いほど助走速度が高まるようにしても良く、また複数の生体部位を助走機能に割り当て、それらを交互に素早く提示することで助走速度が高まるようにしても良い。【００７５】
キャラクターの動作だけではなく、ピアノやドラムなどの楽器の演奏アプリにも適用できる。たとえば指の撮影位置に応じて音階を変えたり、ドラムの種類を変えたりすることもできる。また指の位置ずれ量に応じてなめらかに音階を変化させることで、様々な音色を表現することが可能となる。【００７６】
また、撮影される血管の太さ、あるいは複数波長の赤外光によって血液濃度あるいは酸素飽和濃度を測定し、その結果によってゲームキャラクターの特性を変化させることもできる。たとえば、利用者の血液濃度が高い場合はキャラクターの体力値や攻撃力を高めたりすることができる。あるいは血液の脈動を検知し、浅くて速い場合は素早さの特性を低下させると共に一定の確率で攻撃力が2倍に増加する頻度を高めたり、酸素飽和濃度の高さに応じてキャラクターの装備できる道具あるいはキャラクターの操ることのできる魔法の種類を変化させたりすることができる。同様に、敵と戦うゲームとして、生体を提示することで敵を攻撃するが、このとき自身の登録パターンと入力時のパターンの類似度が高いほど自身の攻撃力が高まるようにすることで、生体を再現良く提示するほど相手の体力を大幅に奪うことができる対戦ゲームを実現できる。【００７７】
このように、生体の特性、登録時と入力時とにおける生体の再現性や類似度、あるいは利用者の体調などを計測しながら、その情報をゲームキャラクターに反映させることで、より臨場感のあるゲームアプリケーションを提供できる。  以上の実施例１以下説明した解決手段について、一部をあくまで一例として示せば以下のようになる。【００７８】
構成１：筺体表面に形成された開口部と、前記開口部の側方に配置され、格子状に配列された複数の光源と、前記開口部上に提示された手の位置情報を取得するセンサと、前記位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮像部と、を有することを特徴とする血管画像撮影装置である。【００７９】
構成２：前記光量制御部は、前記位置情報に基づいて、前記複数の光源のうち、指部分の根元側に光を照射する光源を前記照射用光源として選択することを特徴とする構成1記載の血管画像撮影装置である。【００８０】
構成３：前記センサから照射される光の波長と、前記複数の光源から照射される光の波長とが異なることを特徴とする構成１または２記載の血管画像撮影装置である。【００８１】
構成４：前記開口部の開口面と前記光源の光軸とによって形成される鋭角の角度は、前記複数の光源のうち、前記開口部との距離が他の前記光源よりも近い前記光源の方が小さいことを特徴とする構成１から3までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８２】
構成５：前記画像に含まれる血管領域画像内に所定以上の飽和領域が含まれる場合、前記光量制御部は、前記開口部からの距離が前記照射用光源よりも遠い前記光源を、新照射用光源として選択することを特徴とする構成１から４までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８３】
構成６：前記位置情報は、前記開口部に提示された手の三次元形状に基づく情報であって、前記光量制御部は、前記照射用光源から、前記照射用光源が照射する手の位置までの距離の長さに応じて、前記照射用光源の光量を制御することを特徴とする構成１から６までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８４】
構成７：前記光量制御部は、前記開口部上を移動する手の移動方向に対して、手よりも前記移動方向側に配置された前記光源を、前記照射用光源として選択することを特徴とする構成１から６までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８５】
構成８：前記センサから取得した情報に基づいて、前記画像に含まれる手の領域の画像のうち、手のひらの中心位置と、前記中心位置に対する指領域の方向とを演算し、手の回転角度を算出することを特徴とする構成１から７までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８６】
構成９：前記複数の光源は、前記センサの検知範囲及び、前記撮像部の撮影範囲から外れた位置に配置されることを特徴とする構成１から８までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８７】
構成１０：前記センサは、前記複数の光源から前記開口部の中心までの距離よりも、前記センサから前記開口部の中心までの距離の方が長くなる位置に配置されることを特徴とする構成１から９までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００８８】
構成１１：前記筺体表面に、手首に装着可能な端末から個人情報を受信する読取部をさらに有することを特徴とする請求項１から１０までのいずれかに記載の血管画像撮影装置。【００８９】
構成１２：前記画像を、個人の認証を実行する認証部に送信することを特徴とする構成１から１１までの何れかに記載の血管画像撮影装置である。【００９０】
構成１３：筺体表面に形成された開口部と、前記開口部の側方に配置され、格子状に配列された複数の光源と、前記開口部上に提示された手の位置情報を取得するセンサと、前記位置情報に基づいて、手に照射する照射用光源を前記複数の光源の中から選択し、前記照射用光源の光量を制御する光量制御部と、前記照射用光源からの光が照射された手の指部分に含まれる血管の画像を撮影する撮像部と、を有する端末と、前記画像を前記端末から取得し、個人の認証を実行する認証部と、前記認証部からの情報に基づいて開閉するゲート部と、を有することを特徴とする個人認証システムである。【００９１】
構成１４：前記光量制御部は、前記位置情報に基づいて、前記複数の光源のうち、指部分の根元側に光を照射する光源を前記照射用光源として選択することを特徴とする構成１３記載の個人認証システムである。【００９２】
構成１５：前記センサから照射される光の波長と、前記複数の光源から照射される光の波長とが異なることを特徴とする構成１３または１４記載の個人認証システムである。
【符号の説明】
【００９３】
１            手
２            認証装置
３            開口部
４            距離センサ
５            コンピュータ
６            メモリ
７            ＣＰＵ
８            開口部
９            光源アレイ
１０          点光源
１１          撮像部
１２          光学フィルタ
１３          インターフェース
１４          記憶装置
１５          スピーカ
１６          表示部
１７          可視光源
１８          キーボード
１９          血管画像
２０          血管
２１          輝度飽和領域
２２          撮像部画角
２３          距離センサ画角
２４          外装カバー
２５          開口部
２６          開口部
２７          認証機器
２８          認証機器読み取り端末
３０          認証装置
３１          カメラ
３２          光源
３３          光学フィルタ
３４          距離画像
３５          距離計測不能点の設定範囲
３６          開閉ゲート
４１          指輪郭
４２          指紋
４３          指の関節しわ
４４          血管
４５          隣の指
５０          データ入力部
５１          光量制御部
５２          画像入力部
【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】
2016084214.tif 000009
【図８】
2016084214.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2016084214.tif 000014
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【国際調査報告】
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