(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の波長の光を照射された生体の第１の画像と、前記第１の波長より短い第２の波長の光を照射された前記生体の第２の画像とを撮影する撮影手段と、
前記第１の画像に含まれる表面反射光の成分の強度に応じて、前記第２の画像の減衰率を決定し、前記第１の画像から、前記第２の画像の輝度を前記減衰率で減衰させた画像を差し引いて、前記第１及び第２の画像の輝度分布が同等になるように第３の画像を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする、生体画像処理装置。
【請求項２】
前記第１の波長は６００ｎｍより長く、前記第２の波長は６００ｎｍ以下であり、
前記第３の画像は、静脈の画像であることを特徴とする、請求項１記載の生体画像処理装置。
【請求項３】
前記第１の波長及び前記第２の波長を含む波長の光を前記生体に照射する光源と、
前記生体からの戻り光を前記第１の波長の成分と、前記第２の波長の成分に分離する分離手段と、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記分離手段により分離された前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影する第１のカメラと、前記分離手段により分離された前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する第２のカメラとを有することを特徴とする、請求項１または２記載の生体画像処理装置。
【請求項４】
前記第１の波長及び前記第２の波長を含む波長の光を前記生体に照射する光源と、
前記生体からの戻り光のうち、前記第１の波長の成分を透過して前記第２の波長の成分をカットする第１のフィルタと、
前記戻り光のうち、前記第２の波長の成分を透過して前記第１の波長の成分をカットする第２のフィルタと、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記第１のフィルタを透過した前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記第２のフィルタを透過した前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する、カメラを有することを特徴とする、請求項１または２記載の生体画像処理装置。
【請求項５】
前記第１の波長の光を前記生体に照射する第１の光源と、
前記第２の波長の光を前記生体に照射する第２の光源と、
前記第１の光源と、前記第２の光源とを交互に点灯するように制御する制御部と、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記制御部が前記第１の光源を点灯中、前記生体からの戻り光の前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記制御部が前記第２の光源を点灯中、前記生体からの戻り光の前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する、カメラを有することを特徴とする、請求項１または２記載の生体画像処理装置。
【請求項６】
前記第１の波長の光を前記生体に照射する第１の光源と、
前記第２の波長の光を前記生体に照射する第２の光源と、
前記生体からの戻り光の前記第１の波長の成分を透過して前記第２の波長の成分をカットする第１のフィルタと、
前記戻り光の前記第２の波長の成分を透過して前記第１の波長の成分をカットする第２のフィルタと、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記第１のフィルタを透過した前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記第２のフィルタを透過した前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する、カメラを有することを特徴とする、請求項１または２記載の生体画像処理装置。
【請求項７】
撮影手段が、第１の波長の光を照射された生体の第１の画像と、前記第１の波長より短い第２の波長の光を照射された前記生体の第２の画像とを撮影し、
演算部が、前記第１の画像に含まれる表面反射光の成分の強度に応じて、前記第２の画像の減衰率を決定し、前記第１の画像から、前記第２の画像の輝度を前記減衰率で減衰させた画像を差し引いて、前記第１及び第２の画像の輝度分布が同等になるように第３の画像を求める、
ことを特徴とする、生体画像処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体画像処理装置及び生体画像処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
生体認証（または、バイオメトリクス認証）は、指紋、顔、静脈などの生体特徴を用いて本人確認を行う技術である。生体認証技術のうち、静脈認証は、皮下の静脈パターンを撮影して生体特徴を取得する技術である。静脈認証は、体内情報を用いた本人確認であるため、指紋、顔などの情報を用いた本人確認と比較して、認証精度が高い。
【０００３】
静脈認証を行うためには、光を生体に照射して静脈パターンを撮影する。照射する光には、生体内部まで浸達する例えば近赤外光が用いられる。指や手などの生体は、皮膚と内部構造とを含む多層構造を有するため、生体の見え方は、二色性反射モデルで表現できる。つまり、生体に光を照射した場合の戻り光は、生体表面（即ち、皮膚表面）で反射する光と、生体内部で散乱してから戻る光とが混ざり合った光となる。静脈は皮下組織に存在するため、精度良く静脈を観測するためには、表面反射による画像を除去し、内部散乱による画像だけを取り出す。
【０００４】
表面反射による画像と内部散乱による画像とは、偏光の特性を利用して分離可能である。偏光フィルタを用いて表面反射の影響を取り除く技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。生体表面で反射する光は、偏光状態を保ったまま反射する。一方、生体内部で散乱する光は、偏光状態が不規則に変化する光が合成された光である。このため、照明側と観測側とで偏光方向が平行になるように、照明側の後段と観測側の前段に偏光フィルタを配置すると、内部散乱光の成分は偏光フィルタによりカットされ、表面反射光の成分が検出器で観測される。これに対し、照明側と観測側の偏光方向が直交するように偏光フィルタを照明側の後段と観測側の前段に配置すると、表面反射光の成分は偏光フィルタによりカットされ、内部散乱光の成分が観測側の検出器で観測される。
【０００５】
しかし、偏光フィルタは、特定の偏光方向の光のみを通過させ、特定の偏光方向以外の光は反射または吸収することで、特定の偏光方向の光をカットする。このため、検出器が偏光フィルタを通して受光可能な光量が減少して、画像ノイズが増大してしまうので、明瞭な生体画像を取得することは難しい。また、特に近赤外光領域で使用可能な偏光フィルタは高価である。この結果、近赤外光領域で使用可能な偏光フィルタを用いる場合には、生体画像処理装置のコストが増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２０００５０号公報
【特許文献２】特開２００７−３２３３８９号公報
【特許文献３】特開２００９−２８４２７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Takaaki Maeda et al., "Monte Carlo Simulation of Spectral Reflectance Using a Multilayered Skin Tissue Model", OPTICAL REVIEW Vol. 17, No. 3 (2010), pp.223‐229
【非特許文献２】相津 佳永,「皮膚組織多層構造モデリングと光伝搬シミュレーション」,日本機械学会誌 2011. 7 Vol. 114 No.1112, p.39
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の生体画像処理装置では、明瞭な生体画像を取得することは難しい。
【０００９】
そこで、１つの側面では、明瞭な生体画像を取得可能な生体画像処理装置及び生体画像処理方法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】
【００１０】
１つの案によれば、第１の波長の光を照射された生体の第１の画像と、前記第１の波長より短い第２の波長の光を照射された前記生体の第２の画像とを撮影する撮影手段と、前記第１の画像に含まれる表面反射光の成分の強度に応じて、前記第２の画像の減衰率を決定し、前記第１の画像から、前記第２の画像の輝度を前記減衰率で減衰させた画像を差し引いて、前記第１及び第２の画像の輝度分布が同等になるように第３の画像を求める演算部と、を備えた生体画像処理装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
一態様によれば、明瞭な生体画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。
【図２】内部散乱による画像の取得を説明する図である。
【図３】第１実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。
【図４】第２実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。
【図５】フィルタの一例を示す図である。
【図６】第３実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。
【図７】第４実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。
【図８】ＲＧＢフィルタの一例を示す図である。
【図９】皮膚の多層構造の一例を示す図である。
【図１０】光浸達率の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
開示の生体画像処理装置及び生体画像処理方法では、第１の波長の光を照射された生体の第１の画像と、第１の波長より短い第２の波長の光を照射された生体の第２の画像とを撮影し、第１の画像から、第２の画像の輝度を減衰させた画像を差し引いた第３の画像を求める。
【００１４】
以下に、開示の生体画像処理装置及び生体画像処理方法の各実施例を図面と共に説明する。
【実施例】
【００１５】
図１は、一実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。図１に示す生体画像処理装置１は、光源１１、カメラ１２、及び制御装置１３を有する。
【００１６】
光源１１は、撮影対象の一例である生体５００に照明光を照射する。光源１１は、２以上の、互いに異なる波長域の光を照射する。光源１１は、後述する図３または図４に示すように、長波長及び短波長の両方を含む波長の光を照射する単一の光源で形成しても良い。また、光源１１は、後述する図６または図７に示すように、長波長の光を照射する第１の光源と、短波長の光を照射する第２の光源、即ち、複数の光源で形成しても良い。長波長の光は、第１の波長の光の一例であり、短波長の光は、第１の波長より短い第２の波長の光の一例である。長波長の光の波長は、例えば６００ｎｍより長く、短波長の光の波長は、例えば６００ｎｍ以下である。
【００１７】
カメラ１２は、照明光を照射された生体５００からの戻り光を受光し、生体５００の画像を撮影する撮影手段（または、撮影装置）の一例である。カメラ１２は、長波長の光を照射された生体５００の第１の画像と、短波長の光を照射された生体５００の第２の画像とを撮影する。この例では、生体５００は、本人確認の対象である人物の手のひらであり、カメラ１２は手のひらの画像を撮影する。
【００１８】
制御装置１３は、光源１１及びカメラ１２を制御する制御部１３１と、カメラ１２が撮影した画像に演算処理を施す演算部１３２とを有する。制御装置１３は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサにより形成可能であり、プロセッサが実行するプログラムなどを格納するメモリ（図示せず）を含んでも良い。この例では、演算部１３２は、カメラ１２が撮影した生体５００の第１の画像から、カメラ１２が撮影した生体５００の第２の画像の輝度を減衰させた画像を差し引いた、第３の画像を求める。第２の画像の減衰率は、第１の画像に含まれる表面反射光の成分の強度に応じて決定しても良い。この例では、演算部１３２は、カメラ１２が撮影した手のひらの画像から、手のひらの静脈の画像を求める。
【００１９】
なお、図１において、撮影対象の一例である生体５００は、生体画像処理装置１の上方に位置するが、生体５００の生体画像処理装置１に対する位置は、特に限定されない。また、後述する図３、図４、図６、及び図７の各実施例においても同様に、生体の生体画像処理装置に対する位置は、特に限定されない。なお、図１、図３、図４、図６、及び図７において、破線で示す矢印は、照明光または戻り光のパスを示す。
【００２０】
図２は、内部散乱による画像の取得を説明する図である。図２では、説明の便宜上、各画像に対して手のひらの輪郭が図示されている。図２中、第１の画像５０−１は、カメラ１２が撮影した、長波長の光を照射された生体５００の画像である。第１の画像５０−１中、太い実線は、生体５００の生体表面、即ち、手のひらの皮膚表面のしわなどのパターン５０１を示し、太い破線は、皮下組織に存在する静脈パターン５０２を示す。このように、第１の画像５０−１は、生体５００の皮膚表面の情報と、皮下内部の情報とを含む。第２の画像５０−２は、カメラ１２が撮影した、短波長の光を照射された生体５００の画像である。第２の画像５０−２中、太い実線は、手のひらの皮膚表面のしわなどのパターン５０１を示す。このように、第２の画像５０−２は、主に、生体５００の皮膚表面の情報を含む。また、第３の画像５０−３は、第１の画像５０−１から、第２の画像５０−２の輝度を減衰させた画像を差し引いた画像である。第３の画像５０−３中、太い実線は、皮下組織に存在する静脈パターン５０２を示す。
【００２１】
本実施例では、光が物体に浸透する深さが、光の波長により異なることを利用して、画像の表面成分と内部成分とを分離する。光は、波長が短い程散乱し易く、波長が長い程物体内部まで浸達し易い。光を照射する撮影対象が生体の場合においても、光の波長が長い程、光が生体内部まで浸達し易い。そこで、長波長の光と短波長の光を同時に、または、順次生体に照射し、波長毎の画像を観測する。
【００２２】
生体からの戻り光のうち、長波長の成分は、生体の内部まで浸達し、生体の内部で散乱するため、強度が低下する。これに対し、生体からの戻り光のうち、短波長の成分は、生体の皮膚表面で反射されるので、長波長の成分と比較すると、強度の低下は少ない。そこで、長波長の光による第１画像から、短波長の光による第２画像の輝度を減衰させた画像を差し引くことにより、生体の内部散乱による第３画像、即ち、静脈の画像を取得する。つまり、第１の画像と第２の画像の差分から第３の画像を取得する際に、第１の画像と第２の画像の輝度を調整してから差分を求める。
【００２３】
図３は、第１実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。図３中、図１と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、長波長の光と短波長の光を同時に生体に照射し、波長毎の画像を観測する。
【００２４】
図３に示す生体画像処理装置１−１において、白色ランプ１１１は、光源１１の一例である。白色ランプ１１１は、長波長及び短波長の両方を含む波長の白色光を生体５００に照射する。第１のカメラ１２１及び第２のカメラ１２２は、撮影手段（または、撮影装置）の一例である。生体５００からの戻り光は、プリズム１４０に入射されて分光分離され、一方では波長フィルタ１４１を通して第１のカメラ１２１に到達し、他方では波長フィルタ１４２を通して第２のカメラ１２２に到達する。第１のカメラ１２１及び第２のカメラ１２２は、視差を生じないように、光軸が一致する位置に配置されている。
【００２５】
プリズム１４０及び波長フィルタ１４１，１４２は、戻り光を長波長の成分と、短波長の成分に分離する分離手段の一例である。プリズム１４０は、戻り光を２つのパスに分光分離する。帯域を制限する波長フィルタ１４１は、一方のパスの戻り光の短波長の成分をカットし、当該戻り光の長波長の成分を透過して第１のカメラ１２１に供給する。また、帯域を制限する波長フィルタ１４２は、他方のパスの戻り光の長波長の成分をカットし、当該戻り光の短波長の成分を透過して第２のカメラ１２２に供給する。従って、第１のカメラ１２１は、戻り光の長波長の成分に基づき撮影した図２に示す第１の画像５０−１を制御装置１３に供給し、第２のカメラ１２２は、戻り光の短波長の成分に基づき撮影した図２に示す第２の画像５０−２を制御装置１３に供給する。
【００２６】
なお、プリズム１４０の代わりに、ハーフミラーを用いて戻り光を分岐しても良いが、プリズム１４０を用いた場合の方が、光の強度のロスが少なく好ましい。
【００２７】
図４は、第２実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。図４中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、長波長の光と短波長の光を同時に生体に照射し、波長毎の画像を観測する。
【００２８】
図４に示す生体画像処理装置１−２において、カメラ１２０は、撮影手段（または、撮影装置）の一例である。また、フィルタ１５０は、戻り光を長波長の成分と、短波長の成分に分離する分離手段の一例である。
【００２９】
図５は、フィルタの一例を示す図である。図５に示すフィルタ１５０は、カメラ１２０の受光素子のピクセル毎に、長波長フィルタ１５１または短波長フィルタ１５２を有する。この例では、フィルタ１５０の水平方向及び垂直方向の両方向に沿って、ピクセル毎に、長波長フィルタ１５１及び短波長フィルタ１５２が交互に配列されている。長波長フィルタ１５１は、戻り光の短波長の成分をカットし、戻り光の長波長の成分を透過してカメラ１２０に供給する。また、短波長フィルタ１５２は、戻り光の長波長の成分をカットし、戻り光の短波長の成分を透過してカメラ１２０に供給する。従って、カメラ１２０は、長波長フィルタ１５１を介して撮影した図２に示す第１の画像５０−１を制御装置１３に供給し、短波長フィルタ１５２を介して撮影した図２に示す第２の画像５０−２を制御装置１３に供給する。この場合、画像１枚当たりの有効画素数が１／２に減少するが、カメラ１２０が１台で済むため、２台のカメラを用いる場合と比較すると、生体画像処理装置１−２のコストを低減可能である。また、カメラ１２０が１台で済むため、２台のカメラを用いた場合のように、視差を生じないように光軸が一致する位置に２台のカメラを配置するといった調整が不要となる。
【００３０】
図６は、第３実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。図６中、図３と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、長波長の光と短波長の光を順次生体に照射し、波長毎の画像を観測する。
【００３１】
図６に示す生体画像処理装置１−３において、白色ランプ１１１及び波長フィルタ１６１は、第１の光源の一例である。また、白色ランプ１１２及び波長フィルタ１６２は、第２の光源の一例である。帯域を制限する波長フィルタ１６１は、白色ランプ１１１が照射する光のうち、長波長の成分を透過させて生体５００に照射する。一方、帯域を制限する波長フィルタ１６２は、白色ランプ１１２が照射する光のうち、短波長の成分を透過させて生体５００に照射する。白色ランプ１１１及び白色ランプ１１２は、制御装置１３の制御部１３１により、交互に点灯するように制御される。つまり、異なる波長の光を生体５００に順次照射することで、照明光の波長の切換えを照明側で行うため、観測側（即ち、カメラ側）に特に制限はない。この例では、異なる波長の光が生体５００に照射される毎に、カメラ１２０が１枚の画像を撮影する。
【００３２】
図７は、第４実施例における生体画像処理装置の一例を示す図である。図７中、図４及び図６と同一部分には同一符号を付し、その説明は省略する。本実施例では、長波長の光と短波長の光を順次生体に照射し、波長毎の画像を観測する。
【００３３】
図７に示す生体画像処理装置１−４では、観測側（即ち、カメラ側）の構成が図４の第２実施例と同様であり、照明側の構成が図６の第３実施例と同様である。このように、異なる実施例の観測側（即ち、カメラ側）の構成と照明側の構成を適宜組み合わせても良い。
【００３４】
図８は、ＲＧＢフィルタの一例を示す図である。図８に示すＲＧＢフィルタ１５０Ａは、図４の第２実施例、或いは、図６の第３実施例において、図５に示すフィルタ１５０の代わりに使用可能である。つまり、ＲＢＧフィルタ１５０Ａは、図８の左上に破線で囲んだ一部を拡大して示すように、カメラの受光素子のピクセル毎に、Ｒで示すＲ（赤）フィルタ、Ｇで示すＧ（緑）フィルタ、及びＢで示すＢ（青）フィルタを有する。この例では、Ｒフィルタが長波長フィルタ１５１としても機能し、Ｂフィルタが短波長フィルタ１５２としても機能する。
【００３５】
なお、ＲＧＢフィルタのような原色フィルタの代わりに、ＹＭＣフィルタのような補色フィルタを用いても良い。ＲＧＢフィルタを用いる場合、ＹＭＣフィルタを用いる場合と比較すると、より鮮やかな色を再現し易い。一方、ＹＭＣフィルタを用いる場合、ＲＧＢフィルタを用いる場合と比較すると、色が薄いため光を通す量が多く、画像がより明るくなる。
【００３６】
次に、互いに異なる波長域の光の夫々の波長の選択について説明する。図９は、皮膚の多層構造の一例を示す図である。例えば、非特許文献１によると、皮膚は、図９に示すような多層構造を有する。図９に示すように、皮膚は、厚さが１００μｍ程度の表皮層５１１と、厚さが１．５ｍｍ程度の真皮層５１２と、皮下組織５１３とを有する。静脈は、表皮層５１の表面（即ち、皮膚表面）から１．５ｍｍより深い皮下組織５１３内に存在する。
【００３７】
生体に光を照射した場合、光の波長が長い程、生体内部まで浸達する。このため、静脈を観測するためには、静脈が存在する、皮膚表面から１．５ｍｍより深い内部、即ち、皮下組織５１３内まで浸達する長波長の光を選択する。図１０は、光浸達率の一例を示す図である。図１０中、縦軸は皮膚表面からの深さｄ（ｍｍ）を示し、横軸は光の波長λ（ｎｍ）を示す。また、図１０のプロットに付けられた「２％」、「１０％」、「２０％」、「５０％」、及び「８０％」は、入射光量が該当する深さまで浸達する光浸達率（％）を示す。
【００３８】
長波長の光は、６００ｎｍより長い波長の光である。例えば非特許文献２によると、長波長の光は、図１０に示すように、７００ｎｍ以上の長波長（赤〜近赤外）の光に選択することが好ましい。
【００３９】
一方、短波長の光は、６００ｎｍ以下の波長の光である。短波長の光は、皮膚表面で反射または散乱して、皮膚表面から浅い領域までしか浸達できない波長の光に選択する。短波長の光は、例えば３００ｎｍ〜６００ｎｍ（青〜緑）の短波長の光に選択することが好ましい。
【００４０】
照射する光の波長は、単一スペクトルでも良いが、単色性の高い光を得るためには、レーザのような装置を用いる。ランプ（または、電球）、発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）などで帯域幅の狭い光を得ようとすると、波長フィルタで帯域を制限するため、光量が低下してしまう。上記の各実施例では、２つの波長は、生体に浸透する深さが異なれば良いため、必ずしも単一スペクトル光ではなく、ある程度幅を持った波長域の光を使っても良い。例えば、長波長の光は、７００ｎｍ〜９００ｎｍの帯域幅を持つ光であっても良い。また、複数のスペクトル光を組み合わせて用いる場合、例えば短波長の光は、波長が４００ｎｍの光と波長が５００ｎｍの光の組み合わせでも良い。
【００４１】
次に、２つの画像の差分を求める演算部１３２の動作について説明する。上記の如く選択した２つの波長の光を生体に照射して画像を観測すると、長波長の光による画像と短波長の光による画像の２つの画像を得ることができる。短波長の光は、生体の表面から浅い領域までしか浸達できないため、短波長の光による画像は、生体の表面に近い情報のみを含む。一方、長波長の光は、生体の表面から浅い領域で戻る光だけでなく、生体の表面から深い領域にまで浸達して戻る光をも含む。このため、長波長の光による画像は、生体の表面情報と内部情報の両方を含む。長波長の光による画像に含まれる表面情報は、短波長の光による画像で観測される表面情報に相当する。そこで、次式（１）のように、長波長の光による画像から、短波長の光による画像の輝度を減衰させた画像を差し引くことにより、生体の内部情報、即ち、皮下組織内の静脈情報の画像を抽出することが可能となる。短波長の光による画像の輝度の減衰率は、長波長の光による画像に含まれる、表面情報（即ち、表面反射光）の成分の強度に応じて、決定しても良い。次式（１）中、Ｉｖは静脈情報の画像、Ｉｌｗは長波長の光による画像、Ｉｓｗは短波長の光による画像、κは係数を示す。係数κは、短波長の光による画像Ｉｓｗの輝度の減衰率を表す、１未満の値である。
Ｉｖ＝Ｉｌｗ−κ×Ｉｓｗ  …（１）
【００４２】
上記の如く、長波長の光による画像Ｉｌｗと短波長の光による画像Ｉｓｗとの差分を求める際には、短波長の光による画像Ｉｓｗの輝度を、長波長の光による画像Ｉｌｗの輝度に合わせることが好ましい。係数κは、使用する２つの照明光の波長帯域と強度、カメラの分光感度、皮膚の分光反射率などに依存する。ここでは、説明の便宜上、使用する光の波長が５００ｎｍと８００ｎｍの単色光源からの光であると仮定し、２つの異なる波長の光による画像の輝度分布（または、ヒストグラム）が同等になるように、係数κによる調整を行うと仮定する。
【００４３】
観測される画像は、生体に照射した光の戻り光の２次元空間分布を示す。光を生体に照射し、生体のある深さｚまで浸達してから戻る光による画像をImg(z)で表すと、観測される画像は、夫々の深さから戻る光による画像の重ね合わせとなる。生体の深さｚ＝ａ〜ｂまでの画像の重ね合わせを次式（２）で表すと、観測される画像は、深さ０から最大浸達深度dmaxまでの画像の重ね合わせＩ[0,dmax] となる。
【００４４】
【数１】
0006707943.tif 000002
…（２）
【００４５】
図１０より、波長が５００ｎｍの光の場合、生体の１ｍｍの深さまで浸達する光は、入射光量の２％未満（即ち、光浸達率が２％未満）で、略全ての光が１ｍｍ以下で戻ってくることから、次式（３）が成り立つ。
I500[0,dmax]≒I500[0,1 mm]  …（３）
【００４６】
一方、波長が８００ｎｍの光は、生体の１ｍｍ以上の深さまで浸達するため、次式（４）が成り立つ。
I800[0,dmax]＝I800[0,1 mm]＋I800[1 mm,dmax]  …（４）
【００４７】
上記の式（３）及び式（４）において、I500[0,1 mm]とI800[0,1 mm]は、生体の同じ層を観測した画像であり、輝度（即ち、明るさ）だけが異なるものである。このことから、次式（５）が成り立つ。
I800[0,1 mm]＝κ・I500[0,1 mm]  …（５）
【００４８】
また、上記の式（５）は、次式（６）と置き換えることができる。
I800[0,dmax]＝κ・I500[0,1 mm]＋I800[1 mm,dmax]  …（６）
【００４９】
さらに、上記の式（３）と上記の式（６）とから、次式（７）が求められる。
I800[0,dmax]≒κ・I500[0,dmax]＋I800[1 mm,dmax]  …（７）
【００５０】
上記の式（７）は、次式（８）と等価になる。
I800[1 mm,dmax]≒I800[0,dmax]−κ・I500[0,dmax]  …（８）
【００５１】
上記の式（８）において、I800[1 mm,dmax]は、生体の１ｍｍより深い部分の画像の重ね合わせであり、真皮層５１２の深い部分を一部含むが、静脈の存在する皮下組織５１３の画像は、静脈の画像である。
【００５２】
図１０より、生体の１ｍｍの深さまで浸達する波長が８００ｎｍの光は、入射光量の４０％であり、入射光量の６０％は生体の１ｍｍ以下の深さで戻る光となる。生体に浸達した全ての光が戻り光として観測できると仮定すると、上記の式（４）においてκ・I500[0,1 mm]がI800[0,dmax]の明るさの６０％であると言えるため、κ＝０．６を使用することができる。
【００５３】
照明側と観測側の偏光方向が直交するように偏光フィルタを配置して（偏光フィルタを直交させて）偏光分離を行う場合、原理的には光量が１／２×１／２以下（即ち、２５％以下）、実効的には光量が２０％以下まで減衰する。しかし、上記の例では、長波長の光による画像Ｉｌｗの輝度に合わせて短波長の光による画像Ｉｓｗの輝度を揃える。つまり、短波長の光による画像Ｉｓｗの輝度を、係数κ＝０．６を用いて減衰させた画像を、長波長の光による画像Ｉｌｗから差し引く。これにより、光の強度は、４０％までの減衰で済み、偏光分離の場合の約２倍の強度が得られ、信号対雑音比（ＳＮＲ：Signal-to-  Noise Ratio）が偏光分離の場合と比較して約２倍に向上する。
【００５４】
撮影装置で得られた画像の輝度分布（または、ヒストグラム）が同等になるようにするためには、照明強度、カメラの分光感度、皮膚の分光反射特性などを揃える。しかし、特に皮膚の分光感度は、被験者により異なるため、撮影装置だけで合わせるのは難しい。このため、画像処理によるレベル調整を用いることで、輝度分布が調整可能となる。画像処理を用いるため、例えば個人差による多少の入力の変化にも対応可能となる。なお、極端に分光特性が異なると、輝度伸張により画像のＳＮＲが劣化してしまう。この場合、できる限り撮影装置側で、分光特性が均一になるような調整を行うことが望ましい。一般的に、カメラの分光特性は、受光素子とフィルタで決定されるので、照明光の強度比によって調整するのが現実的である。
【００５５】
上記の例では、係数κはκ＝０．６であるが、他の波長の照明光を用いる場合、或いは、照明光が単色光源ではなく、ある程度幅をもった波長域の光源である場合には、光の浸達深度の差が異なるため、係数κを決定し直す。係数κを決定する場合、計算によって求めても、或いは、特定のサンプルを基準とした実測値に基づいて求めても良い。
【００５６】
また、生体画像処理装置を安価に実現する際、撮影装置に、一般的なＲＧＢカメラを用いることが考えられる。上記の例のように、波長が５００ｎｍの光と波長が８００ｎｍの光を生体に照射してＲＧＢカメラで撮影する場合、波長が５００ｎｍの光はＧプレーンのみで観測可能であるが、波長が８００ｎｍの光はＲＧＢ全プレーンで観測される。厳密には、Ｂプレーン及びＲプレーンにも、波長が５００ｎｍの光はわずかながら観測され得る。これは、ＲＧＢフィルタに使用される色素が、近赤外領域の波長を透過してしまうことによる。この場合、Ｇプレーンで短波長（波長が５００ｎｍ）の光による画像を単独で観測することはできず、短波長の光による画像と、長波長の光による画像の合成になる。このため、Ｇフィルタの分光感度特性と撮像素子の分光感度特性により、短波長の光と長波長の光がどの程度の比率でＧプレーンで観測されるかを求めておき、係数κに反映させる。例えば、短波長の光による画像は、Ｇプレーンの５００ｎｍと８００ｎｍの波長の分光感度が４：１であるカメラを用いる場合を考える。長波長の光による画像は、Ｒプレーンで観測し、ここには短波長の成分は含まれない。先ず、Ｇプレーンの画像から長波長の成分を取り除き、短波長の成分だけにしたＧ'プレーンの画像を次式（９）から求める。
Ｇ'＝Ｇ−０．２Ｒ…（９）
【００５７】
次に、上記の式（８）を用いて、静脈画像Ｖを次式（１０）のように求める。
Ｖ＝Ｒ−０．６Ｇ'
＝Ｒ−０．６（Ｇ−０．２Ｒ）
＝Ｒ＋０．１２Ｒ−０．６Ｇ
＝１．１２Ｒ−０．６Ｇ…（１０）
【００５８】
なお、静脈画像Ｖ'を次式（１１）から求めても良い。
Ｖ'＝Ｒ−０．５４Ｇ…（１１）
【００５９】
従って、観測画像の分離度が比較的低い場合でも、静脈の明瞭な画像を取得することができる。
【００６０】
上記の各実施例によれば、明瞭な生体画像を取得することができる。また、安価な光源、または、安価なカメラを用いることができるので、例えば偏光フィルタを用いる場合と比較すると、低コストで明瞭な生体画像を取得することができる。つまり、表面反射を除去した内部散乱光の明瞭な画像を撮影取得する技術を低コストで提供できる。
【００６１】
以上の実施例を含む実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
第１の波長の光を照射された生体の第１の画像と、前記第１の波長より短い第２の波長の光を照射された前記生体の第２の画像とを撮影する撮影手段と、
前記第１の画像から、前記第２の画像の輝度を減衰させた画像を差し引いた第３の画像を求める演算部と、
を備えたことを特徴とする、生体画像処理装置。
（付記２）
前記演算部は、前記第１の画像に含まれる表面反射光の成分の強度に応じて、前記第２の画像の減衰率を決定し、
前記第１の波長は６００ｎｍより長く、前記第２の波長は６００ｎｍ以下であり、
前記第３の画像は、静脈の画像であることを特徴とする、付記１記載の生体画像処理装置。
（付記３）
前記第１の波長及び前記第２の波長を含む波長の光を前記生体に照射する光源と、
前記生体からの戻り光を前記第１の波長の成分と、前記第２の波長の成分に分離する分離手段と、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記分離手段により分離された前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影する第１のカメラと、前記分離手段により分離された前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する第２のカメラとを有することを特徴とする、付記１または２記載の生体画像処理装置。
（付記４）
前記分離手段は、前記生体からの戻り光が入射されるプリズムと、前記プリズムで分光分離された戻り光の前記第１の波長の成分を透過する波長フィルタと、前記プリズムで分光分離された戻り光の前記第２の波長の成分を透過する波長フィルタとを有し、
前記第１のカメラ及び前記第２のカメラは、光軸が一致するように配置されていることを特徴とする、付記３記載の生体画像処理装置。
（付記５）
前記第１の波長及び前記第２の波長を含む波長の光を前記生体に照射する光源と、
前記生体からの戻り光のうち、前記第１の波長の成分を透過して前記第２の波長の成分をカットする第１のフィルタと、
前記戻り光のうち、前記第２の波長の成分を透過して前記第１の波長の成分をカットする第２のフィルタと、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記第１のフィルタを透過した前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記第２のフィルタを透過した前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する、カメラを有することを特徴とする、付記１または２記載の生体画像処理装置。
（付記６）
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを含むＲＧＢフィルタと、
を更に備えたことを特徴とする、付記５記載の生体画像処理装置。
（付記７）
前記第１の波長の光を前記生体に照射する第１の光源と、
前記第２の波長の光を前記生体に照射する第２の光源と、
前記第１の光源と、前記第２の光源とを交互に点灯するように制御する制御部と、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記制御部が前記第１の光源を点灯中、前記生体からの戻り光の前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記制御部が前記第２の光源を点灯中、前記生体からの戻り光の前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する、カメラを有することを特徴とする、付記１または２記載の生体画像処理装置。
（付記８）
前記第１の波長の光を前記生体に照射する第１の光源と、
前記第２の波長の光を前記生体に照射する第２の光源と、
前記生体からの戻り光の前記第１の波長の成分を透過して前記第２の波長の成分をカットする第１のフィルタと、
前記戻り光の前記第２の波長の成分を透過して前記第１の波長の成分をカットする第２のフィルタと、
を更に備え、
前記撮影手段は、前記第１のフィルタを透過した前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記第２のフィルタを透過した前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影する、カメラを有することを特徴とする、付記１または２記載の生体画像処理装置。
（付記９）
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを含むＲＧＢフィルタと、
を更に備えたことを特徴とする、付記８記載の生体画像処理装置。
（付記１０）
前記演算部は、前記第１の画像の輝度レベルに応じて、前記第２の画像の輝度レベルを正規化することを特徴とする、付記１乃至９のいずれか１項記載の生体画像処理装置。
（付記１１）
撮影手段が、第１の波長の光を照射された生体の第１の画像と、前記第１の波長より短い第２の波長の光を照射された前記生体の第２の画像とを撮影し、
演算部が、前記第１の画像から、前記第２の画像の輝度を減衰させた画像を差し引いた第３の画像を求める、
ことを特徴とする、生体画像処理方法。
（付記１２）
前記演算部が、前記第１の画像に含まれる表面反射光の成分の強度に応じて、前記第２の画像の減衰率を決定し、
前記第１の波長は６００ｎｍより長く、前記第２の波長は６００ｎｍ以下であり、
前記第３の画像は、静脈の画像であることを特徴とする、付記１１記載の生体画像処理方法。
（付記１３）
光源が、前記第１の波長及び前記第２の波長を含む波長の光を前記生体に照射し、
分離手段が、前記生体からの戻り光を前記第１の波長の成分と、前記第２の波長の成分に分離し、
前記撮影手段が、第１のカメラにより前記分離手段により分離された前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、第２のカメラにより前記分離手段により分離された前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影することを特徴とする、付記１１または１２記載の生体画像処理方法。
（付記１４）
光源が、前記第１の波長及び前記第２の波長を含む波長の光を前記生体に照射し、
第１のフィルタが、前記生体からの戻り光のうち、前記第１の波長の成分を透過して前記第２の波長の成分をカットし、
第２のフィルタが、前記戻り光のうち、前記第２の波長の成分を透過して前記第１の波長の成分をカットし、
前記撮影手段が、カメラにより、前記第１のフィルタを透過した前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記第２のフィルタを透過した前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影することを特徴とする、付記１１または１２記載の生体画像処理方法。
（付記１５）
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを含むＲＧＢフィルタを用いることを特徴とする、付記１４記載の生体画像処理方法。
（付記１６）
第１の光源が、前記第１の波長の光を前記生体に照射し、
第２の光源が、前記第２の波長の光を前記生体に照射し、
制御部が、前記第１の光源と、前記第２の光源とを交互に点灯するように制御し、
前記撮影手段が、カメラにより、前記制御部が前記第１の光源を点灯中、前記生体からの戻り光の前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記制御部が前記第２の光源を点灯中、前記生体からの戻り光の前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影することを特徴とする、付記１１または１２記載の生体画像処理方法。
（付記１７）
第１の光源が、前記第１の波長の光を前記生体に照射し、
第２の光源が、前記第２の波長の光を前記生体に照射し、
第１のフィルタが、前記生体からの戻り光の前記第１の波長の成分を透過して前記第２の波長の成分をカットし、
第２のフィルタが、前記戻り光の前記第２の波長の成分を透過して前記第１の波長の成分をカットし、
前記撮影手段が、カメラにより、前記第１のフィルタを透過した前記第１の波長の成分に基づき前記第１の画像を撮影し、前記第２のフィルタを透過した前記第２の波長の成分に基づき前記第２の画像を撮影することを特徴とする、付記１１または１２記載の生体画像処理方法。
（付記１８）
前記第１のフィルタ及び前記第２のフィルタを含むＲＧＢフィルタを用いることを特徴とする、付記１７記載の生体画像処理方法。
（付記１９）
前記演算部が、前記第１の画像の輝度レベルに応じて、前記第２の画像の輝度レベルを正規化することを特徴とする、付記１１乃至１８のいずれか１項記載の生体画像処理方法。
【００６２】
以上、開示の生体画像処理装置及び生体画像処理方法を実施例により説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形及び改良が可能であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６３】
１，１−１〜１−４      生体画像処理装置
１１      光源
１２，１２１，１２２      カメラ
１３      制御装置
１３１      制御部
１３２      演算部
５０−１      第１の画像
５０−２      第２の画像
５０−３      第３の画像
１１１，１１２      白色ランプ
１４０      プリズム
１４１，１４２，１６１，１６２      波長フィルタ
１５０，１５０Ａ      フィルタ
１５１      長波長フィルタ
１５２      短波長フィルタ
５００      生体
５０２      静脈パターン
【図１】
0006707943.tif 000003
【図２】
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【図３】
0006707943.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0006707943.tif 000009
【図８】
0006707943.tif 000010
【図９】
0006707943.tif 000011
【図１０】
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