(57)【要約】【課題】小型、軽量かつ安価であり、携帯端末装置に搭載可能な目画像撮像装置および虹彩認証装置を提供する。【解決手段】被認証者の目１を撮像する撮像部２０と、撮像部２０から被認証者の目１までの距離を測定する距離測定部２と、撮像部２０で撮像した目画像の所定範囲の枠内を目エリアとして設定する目エリア設定部３７とを備え、目エリア設定部３７は、目画像中の瞳孔中心を目エリアの中心として設定するとともに、距離測定部２の測定値に基づいて目エリアの水平幅と垂直幅を設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被認証者の目を撮像し目画像を出力する撮像部と、
前記撮像部から前記被認証者までの距離を測定する距離測定部と、
前記目画像の所定範囲の枠内を目エリアとして設定する目エリア設定部とを備え、
前記目エリア設定部は、前記目画像中の瞳孔中心を前記目エリアの中心として設定するとともに、前記距離測定部で測定された距離に基づいて前記目エリアの水平幅と垂直幅を設定することを特徴とする目画像撮像装置。
【請求項２】
前記目画像の信号から所定周波数の信号を抽出するフィルタ部と、
前記所定周波数の信号を前記目エリア内で積分する積分部と、
前記積分部で積分した値と所定の合焦閾値とを比較することにより前記目画像の合焦の良否を判定する合焦度判定部と、
前記合焦閾値を前記距離測定部で測定された距離に基づいて設定する合焦閾値設定部とを備えたことを特徴とする請求項１記載の目画像撮像装置。
【請求項３】
前記目エリアの水平幅と垂直幅は前記距離測定部で測定された距離に対し負の相関をもつように決定されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の目画像撮像装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の目画像撮像装置を搭載したことを特徴とする虹彩認証装置。
【請求項５】
請求項４記載の虹彩認証装置を搭載したことを特徴とする携帯端末装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、人間の目の虹彩情報に基づき個体識別を行う虹彩認証装置等に用いられる目画像撮像装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に虹彩認証装置は、近赤外線照明を被認証者の目に当て、カメラにより目および目の周辺画像（以下、目画像と略記する）を撮像し、得られた目画像から虹彩情報を抽出して、すでに登録されている虹彩情報データベースの虹彩情報と比較照合することにより個人認証を行うものである。この個人認証において、被認証者の虹彩情報を正確に抽出するためには目画像を精度良く撮像する必要がある。このため、顔全体の撮像画像から目の位置を検出し、その目をズームレンズ等によりズームアップして、所望の大きさの目画像を撮像する１カメラ方式が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、顔全体を撮像する広角カメラと、目画像を撮像する移動式望遠カメラを有し、広角カメラで撮像した顔画像あるいは上半身画像の中から目の位置を検出し、移動式望遠カメラの移動制御部分に伝える。そして、この目の位置情報をもとに移動式望遠カメラを被認証者の目に向けることによって、目画像を所望の大きさに撮像し虹彩情報を得るという２カメラ方式も提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特公平５−８４１６６号公報
【特許文献２】
特開平１０−４０３８６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、小型、軽量、低価格が強く望まれる携帯電話機等の携帯端末装置に搭載するにあたって、従来の目画像撮像装置は下記に示すような課題がある。まず１カメラ方式の場合では、広角の顔画像から望遠の目画像までを撮像しうる高度なズーム機能を装備しなければならず、光学系の小型、軽量、低価格化が難しい。
【０００６】
また、上述の２カメラ方式においては、広角カメラと、移動機能を有する望遠カメラの２つを装備しなければならず、これも上記と同様に光学系部分が大型になり、さらに望遠カメラを移動させるための駆動機構および回路も必要となるため、携帯端末装置への搭載が実現上不可能になるという課題がある。
【０００７】
本発明はこれら従来の課題を解決するもので、携帯端末装置への搭載が可能な小型、軽量かつ安価な目画像撮像装置および虹彩認証装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の目画像撮像装置は、被認証者の目を撮像し目画像を出力する撮像部と、撮像部から被認証者までの距離を測定する距離測定部と、目画像の所定範囲の枠内を目エリアとして設定する目エリア設定部とを備え、目エリア設定部は目画像中の瞳孔中心を目エリアの中心として設定するとともに距離測定部で測定された距離に基づいて目エリアの水平幅と垂直幅を設定することを特徴とする。この構成により、小型、軽量、低価格化が可能な目画像撮像装置を提供することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の目画像撮像装置は、目画像の信号から所定周波数の信号を抽出するフィルタ部と、所定周波数の信号を目エリア内で積分する積分部と、積分部で積分した値と所定の合焦閾値とを比較することにより目画像の合焦の良否を判定する合焦度判定部と、合焦閾値を距離測定部で測定された距離に基づいて設定する合焦閾値設定部とを備えたことを特徴とする。この構成により、目までの距離に合わせて確実な合焦度判定が可能となる。
【００１０】
さらに、本発明の目画像撮像装置は、目エリアの水平幅と垂直幅が距離測定部で測定された距離に対し負の相関をもつように決定されることを特徴とする。この構成により、固定焦点レンズ等の小型、軽量で安価な光学系を用いても、目までの距離に合わせて目エリアを最適な形状に設定できる。そのため、眼鏡や眉毛等の影響を受けずに高速な認証処理が可能となる。
【００１１】
また、本発明の虹彩認証装置は、本発明の目画像撮像装置を搭載したことを特徴とする。この構成により、小型、軽量、低価格化が可能な虹彩認証装置を提供することが可能となる。
【００１２】
さらに、本発明の携帯端末装置は、本発明の虹彩認証装置を搭載したことを特徴とする。この構成により、虹彩認証に適した目画像を固定焦点レンズ等の小型、軽量かつ安価な光学系を用いて構成することができるため、虹彩認証装置付の携帯端末装置を安価に提供できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態における目画像撮像装置を用いた虹彩認証装置のブロック図である。本実施の形態における目画像撮像装置は、目１を撮像する撮像部２０、撮像部２０から目１までの距離を測定する距離測定部２、近赤外線を被認証者の目１に照射する照明部１０および認証用の目画像を出力する前処理部３０から構成される。また、本発明の実施の形態における虹彩認証装置は、上記目画像撮像装置に加えて、認証用の目画像に基づいて認証を行う認証処理部４０から構成されている。
【００１５】
距離測定部２は、距離測定センサ３と距離測定センサ制御部４とから構成されており、撮像部２０から被認証者の目１までの距離を測定する。本実施の形態においては距離測定センサ３として小型で安価な近赤外三角測量型距離測定センサを用いているが、もちろん他の公知の距離測定センサを用いてもよい。
【００１６】
照明部１０は、近赤外線照明１１と照明制御部１２とから構成されており、目画像取得に適した光量の近赤外線を被認証者の目１に照射する。
【００１７】
撮像部２０は、レンズ２１、可視光カットフィルタ２２、撮像素子２３および映像信号処理部２４から構成されている。本実施の形態においては、レンズ２１として固定焦点レンズを用いることにより光学系の小型化と低コスト化を実現している。被認証者の目１は、近赤外線照明１１により照射され、レンズ２１および可視光カットフィルタ２２を通して撮像素子２３で撮像される。映像信号処理部２４は、撮像素子２３の出力信号から映像信号成分を取り出し、ゲイン調整等映像信号として必要な処理を行った上で、被認証者の目１の目画像データとして出力する。
【００１８】
前処理部３０は、目画像から所定周波数の信号を抽出するフィルタ部３１、フィルタ部３１を通して得られた所定周波数の信号を１フレームの目エリア内で積分する積分部３２、目画像の合焦の良否を判定する合焦度判定部３３、瞳孔中心判定部３６、目画像中の所定範囲の枠内を目エリアとして設定する目エリア設定部３７、合焦閾値設定部３４および認証画像取得部３８から構成されている。フィルタ部３１は、映像信号処理部２４が出力した映像信号の中から、合焦判定に適した所定周波数をもつ高周波成分の信号を抽出し、抽出した高周波成分の信号を積分部３２に出力する。積分部３２は、後述する目エリア設定部３７によって指定された所定エリア内の高周波成分の信号を１画面（１フレーム）内で積分し、積分結果を合焦度判定部３３に出力する。
【００１９】
瞳孔中心判定部３６は目画像中の瞳孔中心の位置を検出する。瞳孔部分は赤外線の吸収率が人体の他の部分に比べて非常に大きいため、たとえば、撮像された目画像の輝度分布情報、特に暗部に対する情報に基づき瞳孔中心を求めることができる。目エリア設定部３７は、目画像中の瞳孔中心の位置を、合焦対象となる目エリアの中心として設定するとともに、距離測定部２の測定値に基づいて目エリアの水平幅と垂直幅（以下、目エリア幅と略記する）を設定し積分部３２に出力する。目エリア幅の算出方法としては、たとえば、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）で構成された変換テーブルを用いて距離の測定値を入力し目エリア幅を出力する方法でもよく、距離の測定値をもとに直接目エリア幅を計算する方法でもよい。
【００２０】
ここで、距離に応じて目エリア幅を変える理由は以下のとおりである。図２は、本発明の実施の形態における撮像部２０で撮像した目画像の説明図である。図２に示すように、眉毛５２、瞼５５の垂直方向の開口径、眼鏡フレーム５４等は、個人差や個体差等による形状の変化が大きい。一方虹彩の大きさ、目の水平方向の開口径は個人差が比較的少ないので、瞳孔５１を中心に合焦度判定を行う目エリア５６を垂直方向にできるだけ狭めたほうが外乱を少なくすることができ動作が安定する。本実施の形態においては目エリア５６の水平幅として虹彩部５３の直径の約１．５倍、目エリア５６の垂直幅として虹彩部５３の直径とほぼ同じ長さと定義している。ところが、上述したようにレンズ２１として固定焦点レンズが用いられているため、取り込まれる撮像画面５０の大きさはレンズ２１から被認証者の目１までの距離に大きく依存する。図３（ａ）はレンズ２１から目１までの距離が小さい場合の目画像の一例を示し、図３（ｂ）はレンズ２１から目１までの距離が大きい場合の目画像の一例を示す図である。レンズ２１から目１までの距離が小さいほど、目画像は拡大されるため、目エリア幅もそれに合わせて広く設定する必要があり、逆に、レンズ２１から目１までの距離が大きいほど、目画像は縮小されるため、目エリア幅を狭くして外乱を取り込まなくする必要がある。このように、目エリアの水平幅、垂直幅を目１までの距離に対して負の相関をもつように変える必要が生じる。
【００２１】
なお、本実施の形態においては目エリア５６の水平幅として虹彩部５３の直径の約１．５倍、目エリア５６の垂直幅として虹彩部５３の直径とほぼ同じ長さとしたが、本発明の目エリア幅の大きさは上述の値に限られるものではなく、認証処理の方法等を勘案して最適な目エリア幅を設定することができる。
【００２２】
合焦閾値設定部３４は、距離測定部２の測定値に基づいて、後述する合焦度判定の基準となる合焦閾値を設定する。合焦閾値の算出方法は、たとえば、ＲＯＭで構成された変換テーブルを用いて距離の測定値を入力し合焦閾値を出力する方法でもよく、距離の測定値をもとに直接合焦閾値を計算する方法でもよい。
【００２３】
ここで、距離に応じて合焦閾値を変える理由は以下のとおりである。レンズ２１から被認証者の目１までの距離が大きくなると、目１からの反射光が弱くなり撮像素子２３に入力される画像のコントラストが低下する。その結果、積分部３２から出力される目画像の高周波成分の積分値自体も小さくなる。そのため目１までの距離が大きくなると積分値の減少に合わせて合焦閾値も小さくする必要が生じる。逆にレンズ２１から目１までの距離が小さくなると、目画像の高周波成分の積分値が大きくなり合焦閾値も大きくする必要が生じる。
【００２４】
合焦度判定部３３では、積分部３２で得られた積分結果から画面の合焦度を判定し、焦点が合っていると判断した場合には合焦度判定結果を認証画像取得部３８に出力する。これにより認証画像取得部３８は、映像信号処理部２４から出力された目画像を認証用の目画像として出力する。
【００２５】
以上が本発明の実施の形態における虹彩認証装置のうち、目画像撮像装置の部分の構成とその働きである。
【００２６】
認証処理部４０は、虹彩画像判断部４１、虹彩情報抽出部４２、虹彩情報蓄積部４３および虹彩照合処理部４４で構成されている。虹彩画像判断部４１は、前処理部３０から出力される焦点の合った目画像に対し、画像のコントラスト等を計算し、虹彩情報抽出が可能と判断した場合には虹彩情報抽出部４２へ目画像を出力する。
【００２７】
虹彩情報抽出部４２は、目画像から虹彩情報を抽出する。虹彩照合処理部４４は、虹彩情報抽出部４２から得られた虹彩情報と過去に登録した虹彩情報蓄積部４３の虹彩情報とを比較して、被認証者が登録者であるか否かの判断を行い認証結果を出力する。なお、新たな被認証者を登録する場合においては、虹彩情報抽出部４２は目画像から抽出した虹彩情報を虹彩情報蓄積部４３に登録データとして蓄積する。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態における虹彩認証装置の動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態における虹彩認証装置の動作手順を示すフローチャートである。
【００２９】
まず、レンズ２１から被認証者の目１までの距離を測定し（ステップＳ１１）、距離の測定値に基づいて目エリアの水平幅と垂直幅を決定する（ステップＳ１２）。ここで、図３に示すように、レンズ２１から目１までの距離に依存して撮像される目画像の大きさが変化するので、目エリアの水平幅と垂直幅もそれに合わせて変化させて設定する。このとき、目エリア幅の設定は距離の測定値に対して連続的に設定してもよく、数段階に切り替えるようにしてもよい。図５（ａ）は、距離の測定値に対して連続的に設定した目エリア幅の一例を示し、図５（ｂ）は、距離の測定値に対して不連続的に４段階に設定した目エリア幅の一例を示す。一方、合焦閾値の値についても同様に、レンズ２１から目１までの距離の測定値に対して負の相関をもつように設定する（ステップＳ１３）。
【００３０】
次に、被認証者の目１を撮像し（ステップＳ１）、映像信号処理部２４から目画像の信号を出力する（ステップＳ２）。そしてステップＳ２で出力した目画像の信号に基づき、画面の輝度分布情報等から瞳孔の中心座標を検出する（ステップＳ９）。さらに、瞳孔の中心座標を中心とし、あらかじめステップ１２で決められた目エリア５６の水平幅をもつ水平目エリアパルス５７および目エリア５６の垂直幅をもつ垂直目エリアパルス５８を作成する（ステップＳ１０）。
【００３１】
一方、ステップＳ２で出力した目画像の信号をフィルタ部３１としてのバンドパスフィルタに通し、高周波成分の信号を抽出する（ステップＳ３）。ここで抽出された高周波成分の信号は水平方向に積分され（ステップＳ４）、それらはさらに垂直方向に積分され、１画面内の積分値となる（ステップＳ５）。このとき、前述したとおり、眉毛５２、瞼５５の開口径、眼鏡フレーム５４等の外乱を防ぐために瞳孔５１を中心に合焦度判定のエリアを狭めたほうが動作は安定する。したがって、上述のステップ４ではステップＳ１０で作成された水平目エリアパルス５７がアクティブの期間で積分動作を行い、ステップ５では垂直目エリアパルス５８がアクティブの期間で積分動作を行う。本実施の形態においては水平目エリアパルス５７、垂直目エリアパルス５８の値を格納する独立の範囲設定レジスタをもち、図３に示すように、目１までの距離に合わせて目エリア５６を最適な形状に設定する構成をとっている。
【００３２】
続いて、ステップＳ４とステップＳ５で得た目エリア５６内の１画面内積分値とステップＳ１３で設定した合焦閾値とを比較し（ステップＳ６）、１画面内の積分値が合焦閾値より小さければステップＳ１に戻って目画像の撮像からやり直し、合焦閾値以上であれば合焦条件を満たしたものとして、映像信号処理部２４から出力される目画像を虹彩認証用の画像として取り込む（ステップＳ７）。その後、取り込まれた画像に対し虹彩認証処理を行う（ステップＳ８）。
【００３３】
このように本発明の目画像撮像装置によれば、撮像された目画像から同一フレーム内で合焦状態をリアルタイムに判断し、焦点の合った画像のみを使用して虹彩情報抽出等を行うことができるため、固定焦点レンズ等安価の光学系の利用が可能となり、装置を小型、軽量、低価格化することができる。また、撮像画面の中から眉毛、瞼の開口径、眼鏡のフレーム等の影響を除外し、目画像に特化した合焦処理を行うため、合焦度判定と目画像取り込みが高速となり、短時間での認証処理が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、固定焦点レンズを用いても、目までの距離に合わせて目エリアを最適な大きさに設定できるため、携帯端末装置に搭載が可能な小型、軽量で安価な目画像撮像装置および虹彩認証装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における目画像撮像装置を用いた虹彩認証装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態における撮像部で撮像した目画像の説明図
【図３】（ａ）はレンズから目までの距離が小さい場合の目画像の一例を示す図
（ｂ）はレンズから目までの距離が大きい場合の目画像の一例を示す図
【図４】本発明の実施の形態における虹彩認証装置の動作手順を示すフローチャート
【図５】（ａ）は距離の測定値に対して連続的に設定した目エリア幅の一例を示す図
（ｂ）は距離の測定値に対して不連続的に４段階に設定した目エリア幅の一例を示す図
【符号の説明】
１  （被認証者の）目
２  距離測定部
３  距離測定センサ
４  距離測定センサ制御部
１０  照明部
２０  撮像部
３０  前処理部
３１  フィルタ部
３２  積分部
３３  合焦度判定部
３７  目エリア設定部
４０  認証処理部
５０  撮像画面
５１  瞳孔
５３  虹彩部
５６  目エリア
５７  水平目エリアパルス
５８  垂直目エリアパルス
【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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