(57)【要約】【課題】物体表面の抽出精度を向上し得る表面抽出方法、表面抽出装置及びプログラムを提案する。【解決手段】格子状のボクセルに区画化されるボクセル空間を、該ボクセルのボクセル列を単位として、ボクセル空間に表される物体を構成する物体構成ボクセルの是非を探査し、当該ボクセル列において連続する物体構成ボクセルの端を、物体の表面として抽出するようにした。直線列を単位とし、該直線列において連続する構成領域の中間部分を無視しているため、該物体を構成しない領域が物体内方に存在する場合であっても、その構成しない領域を物体表面として誤抽出することを、同じ領域を２以上探査することなく回避できる。【選択図】図２５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
格子状の領域に区画化される３次元空間のうち、該領域の直線列を単位として、上記３次元空間に表される物体を構成する構成領域の是非を探査する第１のステップと、
上記直線列において端に存在する上記構成領域を、上記物体の表面として抽出する第２のステップと
を具えることを特徴とする表面抽出方法。
【請求項２】
上記第１のステップでは、
上記物体が占める上記３次元空間の縦、横及び高さが「ＭX」、「ＭY」「ＭZ」とした場合、ＭZ個のＸ-Ｙ平面、ＭX個のＹ‐Ｚ平面、ＭY個のＺ‐Ｘ平面における縦方向及び横方向の上記直線列を探査する
ことを特徴とする請求項１に記載の表面抽出方法。
【請求項３】
上記第２のステップでは、
上記直線列において端に存在する上記構成領域の一方又は双方が孤立状態にあるとき、当該直線列のうち、上記孤立状態の構成領域と、該孤立状態の構成領域に最も近い構成領域との距離が所定の閾値以上となる場合には、上記孤立状態の構成領域に最も近い構成領域を、上記物体の表面として抽出する
ことを特徴とする請求項１に記載の表面抽出方法。
【請求項４】
ワークメモリと、
上記ワークメモリで画像処理を実行する画像処理部と
を具え、
上記画像処理部は、
格子状の領域に区画化される３次元空間のうち、該領域の直線列を単位として、上記３次元空間に表される物体を構成する構成領域の是非を探査し、当該直線列において端に存在する上記構成領域を、上記物体の表面として抽出する
ことを特徴とする表面抽出装置。
【請求項５】
ワークメモリを制御する制御部に対して、
格子状の領域に区画化される３次元空間のうち、該領域の直線列を単位として、上記３次元空間に表される物体を構成する構成領域の是非を探査すること、
上記直線列において端に存在する上記構成領域を、上記物体の表面として抽出すること
を実行させることを特徴とするプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は表面抽出方法、表面抽出装置及びプログラムに関し、例えばバイオメトリクス認証に適用して好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
バイオメトリクス認証は、生体の識別対象を用いて本人であるか否かを識別する手法である。生体の識別対象の１つとして指の血管がある。
【０００３】
例えば、指先の異なる面の像を合成して３次元画像を生成し、これを識別対象として用いるようにした認証装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７５５２９公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、物体の３次元ボリュームを生成する手法の１つに、視体積交差法（Shape From Silhouette法）と呼ばれるものがある。この視体積交差法は、物体の多視点における画像とカメラの位置情報等に基づいて、ボクセルを単位とする３次元空間に対して、画像の視点位置からその画像に映し出される物体を投影した場合に、該３次元空間に投影される投影領域の共通部分のボクセルを、３次元ボリュームとして求めるものである。
【０００５】
この３次元ボリュームにおける表面を、物体の形状を表すパラメータの１つとして、又は、当該パラメータを取得する際に用いる情報として、抽出する場合がある。この場合における抽出手法としては、一般に、３次元ボリュームにおける各ボクセルをそれぞれ着目対象とし、当該着目対象のボクセルに接するボクセルのうち、３次元ボリュームを構成しないボクセルが１つでも存在するとき、着目対象のボクセルが３次元ボリュームにおける表面のボクセルであるとして、これを抽出するようになされている。
【０００６】
したがって、例えば図１に示すように、３次元ボリューム以外のボクセル（図中では白色のボクセル）と境界をなすボクセル（図中では斜線のボクセル）は、着目対象とした場合に、３次元ボリュームを構成しないボクセルが１つ以上存在することになるため、３次元ボリュームにおける表面のボクセルとして抽出されることとなる。ちなみに、便宜上、この図１は、ある３次元ボリュームのある断面を示している。
【０００７】
しかしながら、この抽出手法では、ノイズ等に起因して、例えば図２に示すように、３次元ボリューム内方の一部に、３次元ボリュームを構成しないボクセルＸをもつ３次元ボリュームが構築された場合、当該ボクセルＸ周囲のボクセルは、３次元ボリュームにおける表面のボクセルであると誤検出され（図中では誤検出のボクセルを点状のハッチングで示す）、この結果、抽出精度が低下するという問題がある。ちなみに、便宜上、この図２は、図１と同様に、３次元ボリュームのある断面を示している。
【０００８】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、物体表面の抽出精度を向上し得る表面抽出方法、表面抽出装置及びプログラムを提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
かかる課題を解決するため本発明は、表面抽出方法であって、格子状の領域に区画化される３次元空間のうち、該領域の直線列を単位として、３次元空間に表される物体を構成する構成領域の是非を探査する第１のステップと、当該直線列において端に存在する構成領域を、物体の表面として抽出する第２のステップとを設けるようにした。
【００１０】
また本発明は、表面抽出装置であって、ワークメモリと、ワークメモリで画像処理を実行する画像処理部とを設け、該画像処理部は、格子状の領域に区画化される３次元空間のうち、該領域の直線列を単位として、３次元空間に表される物体を構成する構成領域の是非を探査し、当該直線列において端に存在する構成領域を、物体の表面として抽出するようにした。
【００１１】
さらに本発明は、プログラムであって、ワークメモリを制御する制御部に対して、格子状の領域に区画化される３次元空間のうち、該領域の直線列を単位として、３次元空間に表される物体を構成する構成領域の是非を探査すること、当該直線列において端に存在する構成領域を、物体の表面として抽出することを実行させるようにした。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、直線列を単位とし、該直線列において端以外に存在する中間の領域を無視しているため、該物体を構成しない領域が物体内方に存在する場合であっても、その構成しない領域を物体表面として誤抽出することを、同じ領域を２以上探査することなく回避でき、かくして物体表面の抽出精度を向上し得る表面抽出方法、表面抽出装置及びプログラムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面について、本発明を適用した一実施の形態を詳述する。
【００１４】
（１）本実施の形態による認証装置の全体構成
図３において、本実施の形態による認証装置１の全体構成を示す。この認証装置１は、制御部１０に対して、操作部１１、撮像部１２、メモリ１３、インターフェース１４及び通知部１５をそれぞれバス１６を介して接続することにより構成される。
【００１５】
制御部１０は、認証装置１全体の制御を司るＣＰＵ(Central Processing Unit)と、各種プログラム及び設定情報などが格納されるＲＯＭ(Read Only Memory)と、当該ＣＰＵのワークメモリとしてのＲＡＭ(Random Access Memory)とを含むコンピュータとして構成される。
【００１６】
この制御部１０には、登録対象のユーザ（以下、これを登録者と呼ぶ）の血管を登録するモード（以下、これを血管登録モードと呼ぶ）の実行命令ＣＯＭ１又は登録者本人の有無を判定するモード（以下、これを認証モードと呼ぶ）の実行命令ＣＯＭ２が、ユーザ操作に応じて操作部１１から入力される。
【００１７】
制御部１０は、かかる実行命令ＣＯＭ１、ＣＯＭ２に基づいて実行すべきモードを決定し、この決定結果に対応するプログラムに基づいて、撮像部１２、メモリ１３、インターフェース１４及び通知部１５を適宜制御し、血管登録モード又は認証モードを実行するようになされている。
【００１８】
撮像部１２は、制御部１０により指定される露出値（ＥＶ(Exposure Value)値）に基づいて、光学系におけるレンズ位置、絞りの絞り値及び撮像素子のシャッター速度（露出時間）を調整する。
【００１９】
また撮像部１２は、撮像素子の撮像面に映し出される被写体像を所定周期ごとに撮像し、該撮像結果として生成される画像に関するデータ（以下、これを画像データと呼ぶ）を制御部１０に順次出力する。
【００２０】
さらに、この撮像部１２は、制御部１０により指定される期間に近赤外光光源を駆動し、撮像対象となる空間（以下、これを撮像空間と呼ぶ）に対して、血管に特異的に吸収される近赤外光を照射する。
【００２１】
この近赤外光の照射期間において撮像空間に対して指が配される場合、その指の内方を経由した近赤外光は血管を投影する光として、光学系及び絞りを介して撮像素子に入射され、該撮像素子の撮像面には指内方における血管像が映し出される。したがってこの場合に撮像部１２での撮像結果として生成される画像データに基づく画像には、血管が写ることとなる。
【００２２】
メモリ１３は、例えばフラッシュメモリでなり、制御部１０により指定されるデータを記憶し、又は読み出すようになされている。
【００２３】
インターフェース１４は、所定の伝送線を介して接続された外部の装置との間で各種データを授受するようになされている。
【００２４】
通知部１５は、表示部１５ａ及び音声出力部１５ｂでなり、該表示部１５ａは、制御部１０から与えられる表示データに基づく文字や図形を表示画面に表示する。一方、音声出力部１５ｂは、制御部１０から与えられる音声データに基づく音声を、スピーカから出力するようになされている。
【００２５】
（２）血管登録モード
次に、血管登録モードについて説明する。制御部１０は、実行すべきモードとして血管登録モードを決定した場合、動作モードを血管登録モードに遷移し、撮像空間に対して指を配置させ、該指を指周面（指腹、指側、及び指背の面）に沿って回転させなければならないことを通知部１５に通知させる。
【００２６】
このとき制御部１０は、撮像部１２を撮像動作させるとともに、該撮像部１２における近赤外光光源を所定間隔おきに所定の点灯期間だけ点灯させることによって、近赤外光光源を点滅動作させる。
【００２７】
この状態において、例えば図４に示すように、撮像空間に配される指が指周面に沿って回転させられた場合、例えば図５に示すように、撮像部１２では、指表面の画像（以下、これを指画像と呼ぶ）と、指内方における血管の画像（以下、これを血管画像と呼ぶ）とが、近赤外光光源の点滅動作に対応して交互に得られることとなる。ちなみに、指画像は、可視光を撮像光として撮像されるものであり、血管画像は、近赤外光を撮像光として撮像されるものである。
【００２８】
また制御部１０は、所定の画像処理及び制御処理を経て、撮像部１２から撮像順に入力される画像データから、指の立体像（以下、これを指立体像と呼ぶ）と、血管の立体像（以下、これを血管立体像と呼ぶ）における表面を抽出する。そして制御部１０は、これら指立体像及び血管立体像の表面を識別対象のデータ（以下、これを識別データと呼ぶ）としてメモリ１３に記憶することにより登録する。
【００２９】
このようにして制御部１０は、血管登録モードを実行することができるようになされている。
【００３０】
（３）認証モード
次に、認証モードについて説明する。制御部１０は、実行すべきモードとして認証モードを決定した場合、動作モードを認証モードに遷移し、血管登録モードの場合と同様に、撮像空間において指を指周面に沿って回転させなければならないことを通知部１５から通知させ、かつ、撮像部１２を撮像動作させるとともに、近赤外光光源を点滅動作させる。
【００３１】
また制御部１０は、撮像部１２から撮像順に入力される画像データに基づいて、血管登録モードと同様にして指立体像と、血管立体像とにおける表面を抽出する。そして制御部１０は、抽出した表面と、メモリ１３に識別データとして記憶された表面との位置関係を照合し、この照合結果から、登録者と承認することができるか否かを判定するようになされている。
【００３２】
ここで、登録者と承認することができないものと判定した場合、制御部１０は、その旨を表示部１５ａ及び音声出力部１５ｂを介して視覚的及び聴覚的に通知する。これに対して、登録者と承認することができるものと判定した場合、制御部１０は、登録者と承認したことを表すデータを、インターフェース１４に接続された装置に送出する。この装置では、登録者と承認したことを表すデータをトリガとして、例えば、ドアを一定期間閉錠させる、あるいは、制限対象の動作モードを解除させる等、認証成功時に実行すべき所定の処理が行われる。
【００３３】
このようにしてこの制御部１０は、認証モードを実行することができるようになされている。
【００３４】
（４）物体表面の抽出
次に、制御部１０における物体表面の抽出処理を具合的に説明する。この処理は、機能的には、図６に示すように、前処理部２１、３次元像生成部２２及び表面形状抽出部２３にそれぞれ分けることができる。以下、前処理部２１、３次元像生成部２２及び表面形状抽出部２３を詳細に説明する。
【００３５】
（４−１）３次元像の生成前の処理内容
前処理部２１には、撮像部１２から、指画像と、血管画像とが１フレームずつ交互となるように適宜画像データを間引きする過程を経て、指画像に関する画像データＤＦａｉ（ｉ＝１、３、５、……、又はｎ（ｎは奇数）とする）又は血管画像に関する画像データＤＢａｊ（ｊ＝２、４、６、……、又は（ｎ−１）とする）が入力される。
【００３６】
第１段階として、前処理部２１は、画像データＤＦａｉに基づく指画像から関節を検出する。この検出手法の一例を説明する。前処理部２１は、画像データＤＦａｉを取得した場合、例えば図７に示すように、当該指画像（図７（Ａ））のコントラストに基づいて、その指画像から指の領域を抽出する（図７（Ｂ））。
【００３７】
また、前処理部２１は、この指の領域から、指輪郭を構成する点（以下、これを指輪郭点と呼ぶ）を、輪郭抽出フィルタを用いて抽出し（図７（Ｃ））、該指輪郭点から、水平方向に相当する指輪郭点を、ハフ変換等を用いて引き伸ばすことにより抽出する（図５（Ｄ））。
【００３８】
そして前処理部２１は、この引き伸ばされた各指輪郭の略中央を通る線分を、関節ＪＮＬとして検出するようになされている（図７（Ｅ））。
【００３９】
第２段階として、前処理部２１は、関節の位置を基準として、当該関節位置の検出対象となった指画像と、その指画像の直前に入力された血管画像とを回転補正する。この回転手法の一例を説明する。前処理部２１は、例えば図８に示すように、画像の列方向のラインＬＮに対する、関節ＪＮＬからのなす角θｘを、指画像の回転補正量として求め、この回転補正量（θｘ）に応じて、当該画像を回転補正するようになされている。ちなみに、この図８では指画像を例としているが、血管画像についても同じである。
【００４０】
この結果、この例では、各視点の指画像及び血管画像は、当該画像に写る指の長手方向が画像の行方向となるように回転補正されることとなる。なお、この例では、画像の列方向と、関節ＪＮＬの伸長方向とのなす角が０［°］となるように回転補正する場合としたが、該画像の行又は列方向と、上記関節の伸長方向とのなす角が所定角となればよい。
【００４１】
第３段階として、前処理部２１は、関節の位置を基準として、当該関節位置の検出対象となった指画像と、その指画像の直前に入力された血管画像から、所定サイズの領域を切り出す。以下、この指画像から切り出された領域を指部分画像と呼び、血管画像から切り出された領域を血管部分画像と呼ぶ。
【００４２】
また、前処理部２１は、指部分画像を切り出した場合、当該切り出した指部分画像に関する画像データＤＦｂｉを３次元像生成部２２に与える。
【００４３】
第４段階として、前処理部２１は、血管部分画像に写る血管を、ガウシアンフィルタやＬｏｇフィルタ等の微分フィルタを用いて浮き彫りにし、該血管が浮き彫りにされた血管部分画像を、設定された輝度値を基準として、２値画像（以下、これを２値血管部分画像と呼ぶ）に変換する。また、前処理部２１は、２値血管部分画像を生成した場合、当該２値血管部分画像に関する画像データＤＢｂｊを３次元像生成部２２に与える。
【００４４】
ここで、浮き彫り前後の画像の例を図９に示す。浮き彫り前の血管画像（図９（Ａ））では、血管とそれ以外の部分との境界が不明瞭となるが、浮き彫り後の血管画像（図９（Ｂ））では、当該境界が明瞭となる。この図９からも明らかなように、この処理により血管が強調され、この結果、血管とそれ以外の部分とが明確に区別できることとなる。
【００４５】
第５段階として、前処理部２１は、処理対象として選択した指部分画像と、該選択した指画像の直前に入力された（処理対象として選択されていた）指部分画像とに写る指の動き量を算出し、当該動き量を表すデータ（以下、これを動き量データと呼ぶ）ＤＦＭ1-3、ＤＦＭ3-5、ＤＦＭ5-7、……、又は、ＤＦＭ（ｎ−２）-ｎを３次元像生成部２２に与える。
【００４６】
同様に、前処理部２１は、処理対象として選択した血管部分画像と、該選択した２値血管部分画像の直前に入力された（処理対象として選択されていた）血管部分画像とに写る血管の動き量を算出し、当該動き量データＤＢＭ２-４、ＤＢＭ４-６、ＤＢＭ６-８、……、又は、ＤＢＭ（ｎ−３）-（ｎ−１）を３次元像生成部２２に与える。
【００４７】
この算出手法の一例を説明する。この算出手法の説明に関し、処理対象として選択した指部分画像又は血管部分画像を現画像と呼び、該指部分画像又は血管部分画像の直前に入力された指部分画像又は血管部分画像を前画像と呼ぶ。
【００４８】
この前処理部２１では、オプティカルフローにより動き量が算出される。すなわち前処理部２１は、例えば図１０（Ａ）に示すように、現画像ＩＭ１における注目対象の点（以下、これを注目点と呼ぶ）ＡＰを決定し、その注目点ＡＰを中心とする（ｍ×ｎ）画素のブロック（以下、これを注目ブロックと呼ぶ）ＡＢＬにおける輝度値を認識する。
【００４９】
そして前処理部２１は、図１０（Ｂ）に示すように、前画像ＩＭ２のなかから、注目ブロックＡＢＬにおける輝度値との差を最小とするブロックを探索し、探索されたブロックＲＢＬの中心を、注目点ＡＰに対応する点（以下、これを対応点と呼ぶ）ＸＰとして、注目点ＡＰに相当する位置ＡＰ´を基準とする対応点ＸＰまでの位置ベクトルＶ（Ｖｘ、Ｖｙ）を求める。
【００５０】
前処理部２１は、このようにして現画像ＩＭ１における複数の注目ブロックにそれぞれ相応するブロックを前画像ＩＭ２のなかから探索するとともに、当該ブロックにおける中心（ＸＰ）と、注目ブロックの中心と同一の位置（ＡＰ´）との各位置ベクトルの平均（水平方向のベクトル成分Ｖｘの平均、垂直方向のベクトル成分Ｖｙの平均）を、動き量として算出するようになされている。
【００５１】
この動き量は、指が置かれる面に対して水平動の方向（回転方向）の動きだけでなく、指圧量や回転軸の変動等に起因して、該面に対して垂直動の方向（回転方向に直交する方向）の動きを表す値となっている。
【００５２】
ちなみに、動き量としては、各位置ベクトルの平均（水平方向のベクトル成分Ｖｘの平均、垂直方向のベクトル成分Ｖｙの平均）に代えて、例えば、各位置ベクトルの最大値若しくは最小値又は標準偏差値等、各位置ベクトルから統計学的手法により得られる値（代表値）を採用することができる。
【００５３】
この実施の形態における前処理部２１では、血管における動き量の算出対象の画像として、２値血管部分画像ではなく、浮き彫り化処理後かつ２値化前の血管部分画像が採用される。
【００５４】
浮き彫り化処理前の血管部分画像では、図９について上述したように、血管とそれ以外の部分とが明確に区別され、その血管画像における血管の輝度は、図１１に示すように、実際の断面の状態を表す情報となる。しかし、この情報は、図１２に示すように、血管抽出処理後の血管画像（２値血管画像）では捨象されることにより、例えば図１３（Ａ）及び１１（Ｂ）に示すように、互いに相違する血管の断面を表していたとしても、当該抽出過程を経ると、同一となってしまう率が高くなる。
【００５５】
したがって、仮に、血管抽出処理後の画像（２値血管画像）を、動き量の算出対象の画像として採用すると、前画像ＩＭ２のなかから、現画像ＩＭ１における注目ブロックＡＢＬの輝度値との差を最小とするブロックを探索する場合（図１０（Ｂ））、注目ブロックＡＢＬの輝度値と同一又は略同一の輝度値のブロックが多数出現することになる。このため、注目ブロックＡＢＬと真に相応するブロックＲＢＬを探索できず、この結果、動き量の算出精度が低下するといった事態を招くことになる。
【００５６】
このことから、血管における動き量の算出対象の画像として、血管抽出処理の中間過程で得られる血管部分画像（浮き彫り化処理後かつ２値化前の画像）が採用されている。
【００５７】
なお、現画像ＩＭ１における複数の注目ブロックは、一般には現画像ＩＭ１の全画素とされるが、該現画像ＩＭ１に写る指又は血管を構成する部分の一部とするようにしてもよい。
【００５８】
また、前画像ＩＭ２のなかから、注目ブロックＡＢＬにおける輝度値との差を最小とするブロックを探索する範囲は、一般には前画像ＩＭ２全体とされるが、過去に検出した動き量だけずらした位置を中心として、複数の注目ブロックの大きさに相当する範囲とするようにしてもよく、該範囲の形状を、過去に検出した動き量の時間変化量に対応させて切り換えるようにしてもよい。
【００５９】
（４−２）３次元像の生成
３次元像生成部２２は、図１４に示すように、ボクセルと呼ばれる立方体を構成単位とする所定形状の３次元空間（以下、これをボクセル空間と呼ぶ）を、射影対象の空間として定義する。
【００６０】
そして３次元像生成部２２は、前処理部２１から入力される画像データＤＦｂｉ（ＤＦｂ１、ＤＦｂ３、……、ＤＦｂ（ｎ−２）、ＤＦｂｎ）に基づいて、当該指部分画像に写る指におけるシルエットの共通部分をボクセル空間上で指立体像（３次元ボリューム）として生成する。
【００６１】
一方、３次元像生成部２２は、前処理部２１から入力される血管画像部分データＤＢｂｊ（ＤＢｂ２、ＤＢｂ４、……、ＤＢｂ（ｎ−３）、ＤＢｂ（ｎ−１））に基づいて、当該２値血管部分画像に写る血管におけるシルエットの共通部分をボクセル空間上で血管立体像（３次元ボリューム）として生成する。
【００６２】
また３次元像生成部２２は、定義したボクセル空間に指立体像、血管立体像を生成した場合、当該ボクセル空間上における指立体像と血管立体像とを表すデータ（ボクセルデータ）を、３次元ボリュームデータＢＭＤとして表面形状抽出部２３に与える。
【００６３】
この３次元像生成部２２における指立体像の生成手法の一例を説明する。３次元像生成部２２は、焦点距離や画像中心等のカメラ情報と、ボクセル空間に関する情報とに基づいて、指周囲から捉えられた各指部分画像の視点を認識し、これら視点からその画像に写る指をボクセル空間にそれぞれ投影した場合に該ボクセル空間に投影されるシルエット領域をそれぞれ検出する。
【００６４】
すなわち、３次元像生成部２２は、前処理部２１から最初に入力される画像データＤＦｂ１を処理対象とした場合、該画像データＤＦｂ１に基づく指部分画像を基準画像として、例えば図１５に示すように、ボクセル空間周囲の視点のうち、回転角０［°］の視点に対応する位置に配置し、ボクセル空間の投影表面から最奥までに投影されるシルエット領域ＡＲＦを検出する。
【００６５】
具体的には、ボクセル空間における各ボクセルを、指部分画像に向けて逆投影して投影点を算出し、当該ボクセルの投影点が指部分画像に写る指の輪郭内に存在するボクセルを、シルエット領域のボクセルとして残存させることによってシルエット領域を検出するようになされている。
【００６６】
一方、３次元像生成部２２は、前処理部２１から、最初の画像データＤＦｂ１よりも後に入力される画像データＤＦｂ３、ＤＦｂ５、……を処理対象とした場合、基準画像から、処理対象とした画像データＤＦｂに基づく指部分画像までの回転方向に対応する動き量（以下、これを回転動き量と呼ぶ）を、前処理部２１から入力される動き量データＤＦＭに基づいて認識する。
【００６７】
そして３次元像生成部２２は、この回転動き量をＶｘ１とし、指の回転軸から指表面までの距離として設定された値をｒ１とすると、次式
【００６８】
【数１】
2008237717.tif 000003
【００６９】
によって、基準画像に対する、現在の処理対象となる指部分画像の回転角（以下、これを第１の回転角と呼ぶ）θｒｏ１を求め、これが３６０［°］未満であるか否かを判定する。
【００７０】
この第１の回転角θｒｏ１が３６０［°］未満である場合、このことは、指の全周から捉えられた複数の指部分画像に対する視体積（シルエット領域）の全てを未だ検出していない状態にあることを意味する。この場合、３次元像生成部２２は、この第１の回転角θｒｏ１と、現在の処理対象の直前に視体積を検出した指部分画像及び基準画像の回転角（以下、これを第２の回転角と呼ぶ）との差を求め、この差が所定の閾値以上であるか否かを判定する。
【００７１】
この差が閾値未満となる場合、このことは、指の回転が停止又は停止に等しい状態にあることを意味する。この場合、３次元像生成部２２は、現在の処理対象となる指部分画像のシルエット領域を求めることなく、該処理対象の次に入力される画像データＤＦｂを処理対象とする。これにより３次元像生成部２２は、無駄なシルエット領域の算出を未然に防止することができるようになされている。
【００７２】
これに対して閾値以上となる場合、このことは、指が回転している状態にあることを意味する。この場合、３次元像生成部２２は、例えば図１６に示すように、基準位置ＩＭＳの視点ＶＰＳに対して第１の回転角θｒｏ１をなす視点ＶＰＸを認識し、該視点ＶＰＸに対応する位置に、現在の処理対象となる指部分画像ＩＭＸを配置する。
【００７３】
そして３次元像生成部２２は、この指部分画像ＩＭＸについて、射影空間の投影表面から最奥までに投影されるシルエット領域を検出した後、該処理対象の次に入力される画像データＤＦｂを処理対象とするようになされている。
【００７４】
なお、３次元像生成部２２は、現在の処理対象となる指部分画像ＩＭＸをボクセル空間周囲に配置する場合、該指部分画像ＩＭＸと、その指部分画像ＩＭＸの直前に視体積を検出した指部分画像ＩＭ（Ｘ−１）とについて、指の回転方向に直交する方向の動き量（現在の処理対象となる指画像と、最後に配置された指画像とにおける垂直方向のベクトル成分Ｖｙの平均）を、対応する動き量データＤＦＭ（図６）に基づいて認識し、当該動き量だけ補正方向（ボクセル空間のＺ軸方向と平行となる方向）ＲＤに視点ＶＰＸを位置補正する。
【００７５】
これにより３次元像生成部２２は、指の回転時における指圧量や回転軸の変動等が起きても、該変動に追従させてシルエット領域を検出できるので、指の回転方向に直交する方向の動き量を考慮しない場合に比して、正確にシルエット領域を検出することができるようになされている。
【００７６】
このようにして３次元像生成部２２は、基準画像に対する第１の回転角θｒｏ１が３６０［°］以上となるまで、指周囲から捉えられた各指部分画像に写る指のシルエット領域をそれぞれ検出していく。
【００７７】
また、３次元像生成部２２は、基準画像に対する第１の回転角θｒｏ１が３６０［°］以上となった場合、これまでに検出した各シルエット領域のうち、共通する部分を、指立体像（３次元ボリューム）として抽出することによって、例えば図１７に示すように、該指立体像を生成するようになされている。
【００７８】
次に、この３次元像生成部２２における血管立体像の生成手法の一例を説明する。３次元像生成部２２は、指立体像の場合と同様に、カメラ情報と、ボクセル空間に関する情報とに基づいて、指周囲から捉えられた各２値血管部分画像の視点を認識し、これら視点からその画像に写る血管を射影空間にそれぞれ投影した場合に該射影空間に投影されるシルエット領域をそれぞれ検出する。
【００７９】
ただし、３次元像生成部２２は、射影空間の投影表面から最奥までに投影されるシルエット領域を検出するのではなく、射影空間における投影表面から奥行き方向に規定長だけ隔てた投影面までに投影される血管のシルエット領域を検出する。
【００８０】
すなわち、３次元像生成部２２は、前処理部２１から最初に入力される画像データＤＢｂ２を処理対象とした場合、該画像データＤＢｂ２に基づく２値血管部分画像を基準画像として、例えば図１８に示すように、ボクセル空間周囲の視点のうち、回転角０［°］の視点に対応する位置に配置し、射影空間における投影表面から奥行き方向に規定長Ｌだけ隔てた投影面までの空間（実線で囲まれる空間）に投影されるシルエット領域ＡＲＢだけを検出する。ちなみに、シルエット領域の検出手法は、指画像の場合と同じである。
【００８１】
一方、３次元像生成部２２は、前処理部２１から、最初の画像データＤＢｂ２よりも後に入力される画像データＤＢｂ４、ＤＢｂ６、……を処理対象とした場合、基準画像から、当該２値血管部分画像までの回転動き量を、動き量算出部２５から入力される対応する動き量データＤＢＭに基づいて認識する。
【００８２】
そして３次元像生成部２２は、この回転動き量をＶｘ２とし、指の回転軸から血管までの距離として設定された値をｒ２とすると、次式
【００８３】
【数２】
2008237717.tif 000004
【００８４】
によって、基準画像に対する、当該２値血管部分画像の第１の回転角θｒｏ２を求める。
【００８５】
このようにして３次元像生成部２２は、この第１の回転角θｒｏ２が３６０［°］以上となる２値血管部分画像を処理対象とするまで、該処理対象となる２値血管部分画像に写る血管について、指立体像の場合と同様にして、射影空間における投影表面から奥行き方向に規定長Ｌだけ隔てた投影面までの空間に投影されるシルエット領域を検出していく。
【００８６】
ここで、生体における血管以外の部分は中空ではなく、脂肪等の各組織で塞がれているため、例えば図１９に示すように、光学式の撮像部１２では、撮像面の裏面側に存在する血管部分を写すことができない場合がある。この場合であっても、シルエット領域の検出対象が、ボクセル空間（射影空間）における投影表面から奥行き方向に規定長だけ隔てた投影面までに投影される領域に制限されているため、図２０に示すように、ボクセル空間では、各画像における物体の投影部分（シルエット領域）のボクセルが残存することとなる。
【００８７】
したがって、基準画像に対する第１の回転角θｒｏ２が３６０［°］以上となるまでシルエット領域を検出した場合、ボクセル空間では、例えば図２１に示すように、各画像における物体の投影部分（シルエット領域）として残存されるボクセルのうち、共通部分（実線部分）が、実際の物体に忠実となる血管の立体像（３次元ボリューム）として表出しされることになる。ちなみに、この図２１において、円柱領域の部分は、非投影となる部分として残存するボクセルである。
【００８８】
３次元像生成部２２は、基準画像に対する第１の回転角θｒｏ２が３６０［°］以上となった場合、これまでに検出した各シルエット領域のうち、共通する部分を、血管立体像（３次元ボリューム）として抽出することによって、例えば図２２に示すように、該血管立体像を生成するようになされている。
【００８９】
（４−３）３次元像における表面の検出
表面形状抽出部２３は、３次元像生成部２２から入力される３次元ボリュームデータＢＭＤを取得した場合、該３次元ボリュームデータＢＭＤに基づいて、ボクセル空間（図１４）に表される指立体像と、血管立体像との表面をそれぞれ抽出し、当該抽出結果を、識別データＤＩＳとして生成する。この識別データＤＩＳは、血管登録モードの場合には、メモリ１３に登録され、認証モードの場合には、メモリ１３に登録された識別データと照合される。
【００９０】
この表面形状抽出部２３における抽出手法の一例を説明する。表面形状抽出部２３は、指立体像の表面を検出する場合、３次元像生成部２２で定義されたボクセル空間（図１４）を、ボクセルの直線列（以下、これをボクセル列と呼ぶ）を単位として、該ボクセル空間に表される指立体像を構成するボクセル（以下、これを指構成ボクセルと呼ぶ）の是非を探査する。
【００９１】
この探査対象のボクセル列として、この表面形状抽出部２３では、例えば図２３に示すように、ボクセル空間における物体の縦、横及び高さが「ＭX」、「ＭY」「ＭZ」とした場合、図２４に示すように、ＭZ個のＸ-Ｙ平面（断面）における縦方向のボクセル列（以下、これを縦ボクセル列と呼ぶ）ＭZ×ＭY及び横方向のボクセル列（以下、これを横ボクセル列と呼ぶ）ＭZ×ＭXと（図２４（Ａ））、ＭX個のＹ‐Ｚ平面（断面）における縦ボクセル列及び横ボクセル列ＭＸ×ＭＺ、ＭＸ×ＭＹと（図２４（Ｂ））、ＭY個のＺ‐Ｘ平面（断面）における縦ボクセル列及び横ボクセル列ＭＹ×ＭＸ、ＭＹ×ＭＺが設定される。
【００９２】
また、表面形状抽出部２３は、一の平面に対する、縦ボクセル列及び横ボクセル列における指構成ボクセルの是非を探査した場合、例えば図２５に示すように、当該ボクセル列において端に存在する指構成ボクセル（以下、これを端ボクセルと呼ぶ）の論理和を、指立体像の表面を構成するボクセルとして抽出する。
【００９３】
同様に、表面形状抽出部２３は、血管立体像の表面を検出する場合、３次元像生成部２２で定義されたボクセル空間（図１４）を、ボクセル列を単位として、該ボクセル空間に表される血管立体像を構成するボクセル（以下、これを血管構成ボクセルと呼ぶ）の是非を探査し、当該ボクセル列において端に存在する血管構成ボクセル（端ボクセル）を、血管立体像の表面を構成するボクセルとして抽出する。
【００９４】
このように表面形状抽出部２３は、ボクセル列の中間に存在する指構成ボクセル又は血管構成ボクセルを無視して端ボクセルだけを抽出するため、図２に示したように、３次元ボリュームを構成しないボクセルＸが３次元ボリューム（指立体像又は血管立体像）内方に存在する場合であっても、その構成しないボクセルＸを物体表面として誤抽出することを、回避できる。
【００９５】
ここで、着目対象のボクセルに接するボクセルのうち、物体を構成しないボクセルが１つでも存在するとき、着目対象のボクセルが物体の表面のボクセルであるとする一般手法と、表面形状抽出部２３における抽出手法との抽出精度の比較を行った。このシミュレーション結果を図２６に示す。
【００９６】
図２６（Ａ）は、ある物体を構成するボクセルに対してランダムノイズを与えた後の各ボクセルを示したものである。また、図２６（Ｂ）は、一般手法により、図２６（Ａ）の物体から抽出されたボクセルを示すものである。図２６（Ｃ）は、表面形状抽出部２３における抽出手法により、図２６（Ａ）の物体から抽出されたボクセルを示すものである。
【００９７】
この図２６からも明らかなように、表面形状抽出部２３における抽出手法は、一般手法に比して、抽出精度が高い。ちなみに、一般手法により抽出されたボクセル数は「82622」個であり、表面形状抽出部２３における抽出手法により抽出されたボクセル数は「22482」個であった。
【００９８】
なお、この表面形状抽出部２３における抽出手法は、ボクセル空間におけるボクセル列を単位とし、該ボクセル列の端ボクセルを指表面ボクセル又は血管表面ボクセルとして抽出するので、ボクセル空間におけるボクセルを単位として（ボクセルごとに）、該ボクセルに接するボクセルとの関係から指表面ボクセル又は血管表面ボクセルを抽出する一般手法に比して、同じボクセルを２回以上探査することがない分だけ、計算コスト（処理負荷）を低減することもできる。
【００９９】
（５）動作及び効果
以上の構成において、表面抽出装置としての表面形状抽出部２３は、ボクセルとして区画化される３次元空間（ボクセル空間（図１４））を、ボクセル列を単位として、該ボクセル空間に表される指構成ボクセル又は血管構成ボクセルの是非を探査し（図２４）、当該ボクセル列において端に存在する端ボクセルを、物体の表面を構成するボクセルとして抽出する（図２５）。
【０１００】
したがって表面形状抽出部２３では、ボクセル列のうち、端ボクセルに挟まれる中間のボクセルを無視して端ボクセルを表面のボクセルとして抽出するので、物体を構成しないボクセルが物体内方に存在する場合であっても、その構成しないボクセルを物体表面として誤抽出することを、同じボクセルを２以上探査することなく回避できる。
【０１０１】
この結果、着目対象のボクセルに接するボクセルのうち、物体を構成しないボクセルが１つでも存在するとき、着目対象のボクセルが物体の表面のボクセルであるとする手法に比して、正確かつ迅速に、表面位置を抽出することができる。
【０１０２】
以上の構成によれば、ボクセル空間におけるボクセル列を単位とし、当該ボクセル列において端に存在する指構成ボクセル又は血管構成ボクセルを表面のボクセルとして抽出するようにしたことにより、物体を構成しないボクセルが物体内方に存在する場合であっても、その構成しないボクセルを物体表面として誤抽出することを、同じボクセルを２以上探査することなく回避でき、かくして物体表面の抽出精度を向上することができる。
【０１０３】
（６）他の実施の形態
上述の実施の形態においては、表面抽出装置としての表面形状抽出部２３を、識別情報の生成過程における一過程として用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば、ＣＧ(Computer Graphics)におけるポリゴンの生成過程における一過程として用いるようにしてもよい。
【０１０４】
なお、上述の実施の形態では、表面形状抽出部２３により抽出された物体表面の情報を識別対象として用いるようにしたが、物体表面の情報に基づいて、例えば指血管像におけるある断面の表面積を求め、その表面積を識別対象として用いるといったように、当該物体表面の情報を、識別対象の中間情報として用いるようにしてもよい。
【０１０５】
また上述の実施の形態においては、表面形状抽出部２３における探査対象のボクセル列として、ＭZ個のＸ-Ｙ平面（断面）、ＭX個のＹ‐Ｚ平面（断面）、ＭY個のＺ‐Ｘ平面（断面）における縦ボクセル列及び横ボクセル列を設定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら平面とは異なる平面でもよく、また、例えば図２７に示すように、当該平面に対して斜め方向のボクセル列を設定するようにしてもよい。
【０１０６】
探査対象のボクセル列を斜め方向に設定場合、図２８に示すように、縦ボクセル列及び横ボクセル列における端ボクセルを抽出する場合（図２４）に比して、物体表面の凹凸が多くなるほど検出精度が若干劣ることになるが、上述の実施の形態の場合と同様に、物体を構成しないボクセルが物体内方に存在するときでも、そのボクセルを物体表面として誤抽出することを、同じボクセルを２回以上探査することなく回避できる。
【０１０７】
さらに上述の実施の形態においては、端ボクセルを物体表面のボクセルとして抽出するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、その端ボクセルの一方又は双方が、当該ボクセル列において孤立状態にあるときには、該孤立状態の端ボクセルがノイズであるか否かを推定するようにしてもよい。
【０１０８】
具体的には、例えば図２９に示すように、当該ボクセル列のうち、孤立状態のボクセルＢＣｘに最も近い指構成ボクセル又は血管構成ボクセルＢＣｙと、その孤立状態のボクセルＢＣｘとの距離ＤＩＳが所定の閾値未満であるか否かを判定する。
【０１０９】
ここで、かかる距離ＤＩＳが所定の閾値未満であるときには、孤立状態のボクセルＢＣｘと、その孤立状態のボクセルＢＣｘに最も近い指構成ボクセル又は血管構成ボクセルＢＣｙとの間のボクセルがノイズ等により消失しており、孤立状態のボクセルＢＣｙがノイズではないとし、その孤立状態のボクセルＢＣｘを、物体の表面を構成するボクセルとして抽出する。
【０１１０】
これに対して、かかる距離ＤＩＳが所定の閾値以上であるときには、孤立状態のボクセルＢＣｘがノイズであるとし、その孤立状態のボクセルＢＣｘに最も近い指構成ボクセル又は血管構成ボクセルＢＣｙを、物体の表面を構成するボクセルとして抽出する。
【０１１１】
このようにすれば、単に、端ボクセルを物体表面のボクセルとして抽出する場合に比して、孤立状態にある端ボクセルＢＣｘがノイズのであるか否かの推定に応じて、物体の表面を構成するボクセルを適宜変更する分だけ、より一段と抽出精度を向上することができる。
【０１１２】
さらに上述の実施の形態においては、３次元ボリュームデータＢＭＤを生成する機能と、表面形状抽出部２３における表面抽出機能とを同じ装置（認証装置１）に搭載するようにした場合について述べたが、機能ごとに又は各機能の一部を単体の装置に分けた態様とするようにしてもよい。
【０１１３】
さらに上述の実施の形態においては、ＲＯＭに格納されたプログラムに基づいて、上述の表面抽出処理を実行するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、ＣＤ(Compact Disc)、ＤＶＤ(Digital Versatile Disc)、半導体メモリ等のプログラム格納媒体からインストールし、又はインターネット上のプログラム提供サーバからダウンロードすることにより取得したプログラムに基づいて、上述の表面抽出処理を実行するようにしてもよい。
【０１１４】
さらに上述の実施の形態においては、表面抽出処理を制御部１０が実行するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら処理の一部又は全部をグラフィックスワークステーション（画像処理部）で実行するようにしてもよい。
【０１１５】
さらに上述の実施の形態においては、撮像機能、照合機能及び登録機能を有する認証装置１を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該用途に応じて、機能ごとに又は各機能の一部を単体の装置に分けた態様とするようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明は、バイオメトリクス認証する分野に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】３次元ボリューム断面のうち表面を構成するボクセルの抽出前後の状態（１）を示す略線図である。
【図２】３次元ボリューム断面のうち表面を構成するボクセルの抽出前後の状態（２）を示す略線図である。
【図３】本実施の形態による認証装置の構成を示すブロック図である。
【図４】回転する指の状態推移を示す略線図である。
【図５】撮像対象と画像との関係を示す略線図である。
【図６】制御部の機能的構成を示すブロック図である。
【図７】指関節の検出の説明に供する略線図である。
【図８】回転補正量の算出の説明に供する略線図である。
【図９】浮き彫り化前後の血管画像を示す略線図である。
【図１０】動き量の算出の説明に供する略線図である。
【図１１】浮き彫り処理後の血管画像の輝度状態を示す略線図である。
【図１２】血管抽出処理での輝度の状態推移を示す略線図である。
【図１３】輝度状態の均一化の説明に供する略線図である。
【図１４】ボクセル空間を示す略線図である。
【図１５】指のシルエット領域の検出の説明に供する略線図である。
【図１６】ボクセル空間周囲に配置される各画像の配置関係の説明に供する略線図である。
【図１７】指立体像を示す略線図である。
【図１８】血管のシルエット領域の検出（１）の説明に供する略線図である。
【図１９】物体と、画像内に写る物体像との関係の説明に供する略線図である。
【図２０】血管のシルエット領域の検出（２）の説明に供する略線図である。
【図２１】血管のシルエット領域の抽出状態を示す略線図である。
【図２２】血管立体像を示す略線図である。
【図２３】ボクセル空間の縦、横及び高さの大きさの説明に供する略線図である。
【図２４】探索対象のボクセル列の説明に供する略線図である。
【図２５】端ボクセルの抽出の説明に供する略線図である。
【図２６】抽出精度の比較の説明に供する略線図である。
【図２７】他の実施の形態による探索対象のボクセル列の説明に供する略線図である。
【図２８】他の実施の形態による端ボクセルの抽出の説明に供する略線図である。
【図２９】端ボクセルがノイズであるか否かの推定の説明に供する略線図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１……認証装置、１０……制御部、１１……操作部、１２……撮像部、１３……メモリ、１４……インターフェース、１５……通知部、１５ａ……表示部、１５ｂ……音声出力部、２１……前処理部、２２……３次元像生成部、２３……表面形状抽出部。
【図１】
2008237717.tif 000005
【図２】
2008237717.tif 000006
【図３】
2008237717.tif 000007
【図４】
2008237717.tif 000008
【図５】
2008237717.tif 000009
【図６】
2008237717.tif 000010
【図８】
2008237717.tif 000011
【図１０】
2008237717.tif 000012
【図１１】
2008237717.tif 000013
【図１２】
2008237717.tif 000014
【図１３】
2008237717.tif 000015
【図１４】
2008237717.tif 000016
【図１５】
2008237717.tif 000017
【図１６】
2008237717.tif 000018
【図１８】
2008237717.tif 000019
【図１９】
2008237717.tif 000020
【図２０】
2008237717.tif 000021
【図２１】
2008237717.tif 000022
【図２２】
2008237717.tif 000023
【図２３】
2008237717.tif 000024
【図２４】
2008237717.tif 000025
【図２５】
2008237717.tif 000026
【図２６】
2008237717.tif 000027
【図２７】
2008237717.tif 000028
【図２８】
2008237717.tif 000029
【図２９】
2008237717.tif 000030
【図７】
2008237717.tif 000031
【図９】
2008237717.tif 000032
【図１７】
2008237717.tif 000033