(57)【要約】【課題】屋外等外来光条件が厳しい状態でも、自然な距離感にて虹彩認証を可能とする。【解決手段】目位置検出処理に必要な最低限のストロボ光量時間に設定し（Ｓ１）、ストロボを発光させて目画像を撮影する（Ｓ２、Ｓ３）。撮像画像から高周波成分を抽出し（Ｓ５）、所定の合焦閾値と比較してフォーカスが合っているを判断する（Ｓ６）。フォーカスが合っていれば瞳孔部分と白目部分のコントラスト差から瞳孔の中心座標を検出し（Ｓ７）、瞳孔の中心座標が予め指定した範囲内にあるかどうかを判別する（Ｓ８）。Ｓ６、Ｓ８の条件を満たす場合、虹彩の情報を十分に抽出できるようにストロボ発光時間を長くして発光させ（Ｓ９、Ｓ１０）、ＳＮ比の良い画像をキャプチャし（Ｓ１１）、取得した画像から虹彩認証処理を行う（Ｓ１２）。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
目を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段の撮像画像から所望の目画像が得られているか否かを判定する目画像判定手段と、
前記目画像判定手段が目画像ありと判定したときに該目画像から虹彩情報を抽出する虹彩情報抽出手段と、
前記虹彩情報抽出手段で抽出された虹彩情報と予め登録された虹彩情報とを照合しその結果を出力する虹彩照合手段と、
ストロボ発光を行う発光手段と、
前記発光手段の発光時の光量が前記目画像判定手段による目画像判定時と前記虹彩情報抽出手段による虹彩情報抽出時とで異なるように制御する光量制御手段と、
を備える虹彩認証装置。
【請求項２】
前記発光手段は、近赤外線波長にエネルギ成分を持つ光を発光する請求項１に記載の虹彩認証装置。
【請求項３】
前記発光手段は、近赤外線波長の光のみを透過する光学フィルタを備える請求項１又は請求項２に記載の虹彩認証装置。
【請求項４】
前記光量制御手段は、目画像判定用の画像を取得する際には発光時間を短くし、虹彩情報抽出用の画像を取得する際には発光時間を長くする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の虹彩認証装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の虹彩認証装置を備える携帯端末機。
【請求項６】
目を撮像する撮像工程と、
前記撮像工程により得られる撮像画像から所望の目画像が得られているか否かを判定する目画像判定工程と、
前記目画像判定工程で目画像ありと判定されたときに目画像から虹彩情報を抽出する虹彩情報抽出工程と、
前記虹彩情報抽出工程で抽出された虹彩情報と予め登録された虹彩情報とを照合する虹彩照合工程と、
ストロボ発光させる発光工程と、
前記発光工程での発光時の光量が前記目画像判定工程による目画像判定時と前記虹彩情報抽出工程による虹彩情報抽出時とで異なるように制御する光量制御工程と、
を備える虹彩認証方法。
【請求項７】
前記光量制御工程は、目画像判定用の画像を取得する際にはストロボ発光時間を短くし、虹彩情報抽出用の画像を取得する際にはストロボ発光時間を長くする請求項６に記載の虹彩認証方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、目の虹彩情報を用いて個体識別を行う虹彩認証装置に係り、特に携帯電話やＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの携帯端末機に搭載するのに好適な虹彩認証装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、虹彩情報を用いて個体認識を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。一般的に虹彩認証装置は、虹彩を認証しようとする人の目に近赤外照明を当て、望遠レンズを用いた１つのビデオカメラにより目画像を撮影し、得られた目画像から虹彩情報を抽出し、抽出した虹彩情報を、予め登録されている虹彩情報データベースのデータと比較照合することにより個人認証を行うものである。
【０００３】
この個人認証においては、使用者の虹彩情報を正確に抽出するには、いかに目画像を精度良く撮像するかが大きな要因となり、撮影画面内に目を所望の大きさに撮影する必要がある。このため、顔全体の撮像画像から目の位置を検出し、その目のみをズームレンズなどによりズームアップして目画像を所望の大きさで撮影するようにしている。
【０００４】
また、目を撮像するためのカメラを２台備えた２カメラ方式の虹彩認証装置（特許文献２参照）では、顔全体を撮像する広角カメラと、目の部分のみを撮像する移動式望遠カメラを有し、広角カメラで撮影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、広角画像内の座標情報として移動式望遠カメラの移動制御部分に伝える。そして、この位置情報をもとに、移動式望遠カメラを使用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影し、詳細な虹彩情報を得ている。
【０００５】
これらの虹彩認証装置は、一般的に目画像を取得するために、近赤外波長領域（約８５０ｎｍ付近）に発光波長を持つＬＥＤ（発光ダイオード）照明を複数個用いて必要光量を確保するようにしている（特許文献３参照）。
【０００６】
ところで、小型、軽量、低価格というものが強く望まれる携帯電話やＰＤＡなどの携帯端末機に虹彩認証装置を搭載するにあたっては、複数個のＬＥＤ照明のように広い実装面積を必要とするような光源を携帯電話機に収容することは実用上不可能に近いものである。このため、１〜２個のＬＥＤ照明を搭載して近距離にて虹彩画像を取得する方法が提案されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００７】
しかしながら、携帯電話やＰＤＡなどの携帯端末機では、屋外で使用する場合が多く、近赤外線領域の波長スペクトルを持つ太陽光下では携帯端末機に不要な外来光が多く入射され、虹彩認証するにあたりＳＮ比(Signal to Noise ratio)の良い画像を取得できない。これを解決するために、遮光構造を設けて外来光の影響を取り除く方法が提案されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００８】
【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
【特許文献３】特開２００２―１２５１４２号公報
【特許文献４】特開２００３―２５６８１９号公報
【特許文献５】特開２００３―１６４３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、遮光構造を設けて外来光の影響を取り除く方法においては、装置本体に目を接近させる必要があり、携帯電話やＰＤＡなどの携帯端末機に搭載する場合には通常使用状態と異なった目画像撮影方法となり、心理的にまた使い勝手等に問題がある。
【００１０】
本発明は、屋外等外来光条件が厳しい状況下でも機械的な遮光構造などを用いることなく、自然な距離感にて、虹彩認証に必要なＳＮ比の良い目画像を撮像することができる虹彩認証装置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】
【００１１】
本発明の虹彩認証装置は、目を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の撮像画像から所望の目画像が得られているか否かを判定する目画像判定手段と、前記目画像判定手段が目画像ありと判定したときに該目画像から虹彩情報を抽出する虹彩情報抽出手段と、前記虹彩情報抽出手段で抽出された虹彩情報と予め登録された虹彩情報とを照合しその結果を出力する虹彩照合手段と、ストロボ発光を行う発光手段と、前記発光手段の発光時の光量が前記目画像判定手段による目画像判定時と前記虹彩情報抽出手段による虹彩情報抽出時とで異なるように制御する光量制御手段とを備える。この構成によれば、ストロボ発光により多大な量の光を発光できるので、屋外の太陽光下など外来光が入射されるような状況下でも機械的な遮光構造などを用いることなく、自然な距離感にて、虹彩認証に必要なＳＮ比の良い目画像を撮像することが可能となる。
【００１２】
本発明において、前記発光手段は、近赤外線波長にエネルギ成分を持つ光を発光する。この構成によれば、近赤外線波長にエネルギ成分を持つ光源を用いたので、虹彩のパターンをより鮮明に撮影することが可能となる。
【００１３】
本発明において、前記発光手段は、近赤外線波長の光のみを透過する光学フィルタを備える。この構成によれば、近赤外波長のみを透過する光学フィルタを有するので、使用者に眩しさを感じさせずに虹彩画像を取得することが可能となる。
【００１４】
本発明において、前記光量制御手段は、目画像判定用の画像を取得する際には発光時間を短くし、虹彩情報抽出用の画像を取得する際には発光時間を長くする。この構成によれば、連続的な画像撮影が必要な目位置検出処理と、ＳＮ比の良い静止画が必要な虹彩認証処理の各々の処理に見合ったストロボ発光制御を行うことが可能となる。すなわち、ストロボ光源を用いることで外来光に対しての十分なＳＮ比を確保することができる。しかし、撮影した画像に目が入っていなかったり、フォーカスが合っていなかったりした場合には再度撮像する必要となる。この際、ストロボ光源は一度に多大の電荷を必要とするため、発光可能状態になるまでの充電期間が必要となる。そこで、さほど光量を必要としない目画像判定時と、精度を高く保つために光量を多く必要とする虹彩情報抽出時とでストロボ発光時間を制御することで、ストロボ光源を効率良く使用することができる。この場合、目画像判定用の画像を取得する際にはストロボ発光時間を短くすることで照明用電荷を制限し、虹彩情報抽出用の画像を取得する際にはストロボ発光時間を長くすることで必要光量を確保する。また、各々の処理に見合ったストロボ発光制御を行うことから、省電力化も図れる。
【００１５】
本発明の携帯端末機は上記の虹彩認証装置を備える。この構成によれば、屋外等外来光条件が厳しい状態でも、使用者に眩しさを感じさせず、且つ処理ごとに光量制御を行ったストロボ光源を撮影に用いるので、機械的な遮光構造をとることなく、またＬＥＤ等の連続発光が可能な光源と併用することなく、自然な距離感にて虹彩認証が可能となる。
【００１６】
本発明の虹彩認証方法は、目を撮像する撮像工程と、前記撮像工程により得られる撮像画像から所望の目画像が得られているか否かを判定する目画像判定工程と、前記目画像判定工程で目画像ありと判定されたときに目画像から虹彩情報を抽出する虹彩情報抽出工程と、前記虹彩情報抽出工程で抽出された虹彩情報と予め登録された虹彩情報とを照合する虹彩照合工程と、ストロボ発光させる発光工程と、前記発光工程での発光時の光量が前記目画像判定工程による目画像判定時と前記虹彩情報抽出工程による虹彩情報抽出時とで異なるように制御する光量制御工程とを備える。この構成によれば、ストロボ発光により多大な量の光を発光するので、屋外の太陽光下など外来光が入射されるような状況下でも機械的な遮光構造などを用いることなく、自然な距離感にて、虹彩認証に必要なＳＮ比の良い目画像を撮像することが可能となる。
【００１７】
本発明において、前記光量制御工程は、目画像判定用の画像を取得する際にはストロボ発光時間を短くし、虹彩情報抽出用の画像を取得する際にはストロボ発光時間を長くする。この構成によれば、連続的な画像撮影が必要な目位置検出処理と、ＳＮ比の良い静止画が必要な虹彩認証処理の各々の処理に見合ったストロボ発光制御を行うことが可能となる。また、各々の処理に見合ったストロボ発光制御を行うことから、省電力化も図れる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ストロボ発光により多大な量の光を発光できるので、屋外の太陽光下など外来光が入射されるような状況下でも機械的な遮光構造などを用いることなく、自然な距離感にて、虹彩認証に必要なＳＮ比の良い目画像を撮像することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る虹彩認証装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態は、携帯電話やＰＤＡ(Personal Digital Assistant)などの携帯端末機に搭載したものである。
【００２０】
図１において、本実施の形態に係る虹彩認証装置は、照明部１０と、撮像部（撮像手段）２０と、前処理部３０と、認証処理部４０とを備えて構成される。照明部１０は、ストロボ照明（ストロボ発光手段）１１と、照明駆動部１２、照明制御部（光量制御手段）１３、可視光カットフィルタ１４を有して構成され、後述する前処理部３０からの制御情報に基づいて光量を制御し、目画像取得に適した近赤外線光を照射する。
【００２１】
撮像部２０は、レンズ２１と、可視光カットフィルタ２２と、近赤外光に感度を有する撮像素子２３と、映像信号処理部２４とを備えて構成されており、照明部１０に照射された使用者の目１の反射光は、レンズ２１及び可視光カットフィルタ２２を通して、撮像素子２３に入力される。この入射光は撮像素子２３で光電変換され、ＲＧＢの電気信号として映像信号処理部２４に入力される。映像信号処理部２４では、撮像素子２３より入力された電気信号をディジタル変換し、ＲＧＢの信号成分からＹＵＶ（Ｙ：輝度信号、Ｕ（Ｂ−Ｙ）：色差信号（Ｃｂ）、Ｖ（Ｒ−Ｙ）：色差信号（Ｃｒ））変換等の信号処理にて映像信号成分を取り出し、ゲイン調整などを行い、輝度レベルを一定の状態にした映像信号として使用者の目１の目画像データを出力する。
【００２２】
前処理部３０は、合焦度判定部３１と、瞳孔中心判定部３２と、目画像判定部（目画像判定手段）３３と、認証画像取得部３４とを備えて構成されており、合焦度判定部３１は、映像信号処理部２４から出力された映像信号中の１画面（１フレーム）内の高周波成分を抽出し、フォーカスが合っているかどうかを判定する。瞳孔中心判定部３２では、映像信号のコントラスト情報より瞳孔の位置を検出し、画面内に目があるかどうかを判定する。
【００２３】
目画像判定部３３では、合焦度判定部３１及び瞳孔中心判定部３２の出力より、画面内に目が入り、且つフォーカスが合っており、認証用の画像を撮影できる条件に達しているかを判断し、その結果を前述の照明制御部１３及び認証画像取得部３４に送り、目画像判定動作を継続させるか、虹彩認証撮影動作に移行するかを決定している。虹彩画像取得部３４は、目画像判定部３３の情報を元に、照明制御とあわせて虹彩認証用の目画像を取得し、認証処理部４０に出力する。
【００２４】
認証処理部４０は、虹彩画像判断部４１と、虹彩情報抽出部４２と、虹彩情報蓄積部４３と、虹彩照合処理部４４とを備えて構成されており、前処理部３０から出力される目画像に対し、虹彩画像判断部４１で画像のコントラストや合焦度合いなどを再度確認し、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に目画像を受け渡す。
【００２５】
虹彩情報抽出部４２は、目画像から虹彩情報をコードデータとして抽出し、本実施の形態の虹彩認証装置が登録モードであれば、抽出したコードデータを虹彩情報蓄積部４３に登録データとして蓄積し、虹彩認証装置が認証モードであれば、虹彩照合処理部４４に抽出データを出力する。虹彩照合処理部４４は、虹彩情報抽出部４２から得られたコードデータと、過去に登録した虹彩情報蓄積部４３の登録データとを比較して、使用者が過去の登録者であるか否かの判断を行い、後段の認証結果処理部などに結果を伝える。なお、虹彩画像判断部４１と虹彩情報抽出部４２は虹彩情報抽出手段を構成する。虹彩情報蓄積部４３と虹彩照合処理部４４は虹彩照合手段を構成する。
【００２６】
次に、本実施の形態に係る虹彩認証装置の動作について説明する。
図２は、本実施の形態に係る虹彩認証装置の動作を示すフローチャートである。
先ずステップＳ１にて、図１に示す照明制御部１３の光量設定値を、目位置検出処理に必要な最低限の光量に設定する。ステップＳ２ではその設定値でのストロボ発光が行われ、ステップＳ３で目画像が撮像される。この際、可視光カットフィルタ１４にて人間の目が感知できる波長成分は取り除いているため、使用者は眩しさを感じない。その後ステップＳ４で画像の輝度信号成分が映像信号処理部２４から出力され、ステップＳ５にてバンドパスフィルタ等に通されて高周波信号成分が抽出される。
【００２７】
ステップＳ５で抽出された高周波信号成分は画面内の指定された範囲内で積分され、ステップＳ６にて予め設定された合焦閾値と比較され、高周波数積分値が合焦閾値より小さければ合焦していないと判断してステップＳ２に戻りストロボ発光からやり直し、使用者の目が合焦範囲に入るまで処理を繰り返す。合焦閾値より大きければ合焦条件をクリアしたものとしてステップＳ７に進む。
【００２８】
ステップＳ７では、図１の映像信号処理部２４から出力される輝度信号成分から出力された輝度信号から、予め設定された瞳孔閾値により画像を２値化し、その面積及び水平方向及び垂直方向の分布情報から瞳孔の中心座標が検出される。そしてステップＳ８において瞳孔の中心座標が予め指定された範囲内にあるかどうかを判別し、該範囲内にない場合にはステップＳ２に戻ってストロボ発光からやり直し、使用者の目が瞳孔検出範囲に入るまで処理を繰り返す。瞳孔中心がある場合には次のステップに進む。
【００２９】
上記ステップＳ１からステップＳ８にて、カメラの撮影画角内にフォーカスの合った目が入っていることを確認しているため、次のステップＳ９では、細かな模様である虹彩の情報が十分に抽出できるよう図１に示す照明制御部１３の光量設定値を虹彩認証画像取得用に設定し、ステップＳ１０にてストロボ発光させ、ステップＳ１１にて画像をキャプチャする。その後、ステップＳ１２にて取得した画像から虹彩情報を抽出して認証処理を行う。
【００３０】
図３は、図２のフローチャートによる動作手順を、フレーム同期信号Ｓｆ、ストロボ制御信号Ｓｓ、ストロボ発光量Ｌｓ、チャージ電荷量Ｃｃ、カメラゲインＧｃのタイミングチャートにて説明したものである。
【００３１】
目画像判定処理期間では、露光フレームにてストロボを発光させて撮像素子２３に画像を露光し、判定フレームにて画像を取り込んで目位置検出や合焦度判定などの処理を行う。この目画像判定処理に用いる画像は、瞳孔と白目部分のコントラスト差から目位置の検出を行ったり、黒目と白目部の境界エッジや瞼のエッジ成分などから合焦判定を行うため、ある程度の明るさが確保できれば良く、このためストロボ制御信号Ｓｓの発光時間を短くしてストロボ発光量Ｌｓを少なくし、カメラゲインＧｃを上げることによって映像信号の輝度レベルを確保している。これによりストロボのチャージ電荷量Ｃｃの消費を少なく抑えることができ、次の露光フレームまでにストロボ発光可能電荷量までチャージすることが可能となる。
【００３２】
図２のステップＳ９以降の認証用画像撮影期間では、細かな虹彩情報を確実に抽出できるようになるべくＳＮ比の良い明るい画像が必要となる。また目画像判定処理にて撮影すべき目画像のフォーカスが合っており、なおかつ目位置が指定範囲内にあることが分かっているため、連続撮影を行う必要がない。このためストロボ制御信号Ｓｓの発光時間を長くして、ストロボ発光量Ｌｓを多く取っている。またこれに同期してカメラゲインＧｃを下げて映像信号のＳＮ比を良くしている。
【００３３】
このように、本実施の形態の虹彩認証装置によれば、撮影した目画像のコントラスト及びフォーカス度合いから判断して虹彩認証に適した画面か否かを目画像判定部３３にて判断し、条件に達しない間はストロボの発光量を少なくして連続撮影を行い、虹彩認証が可能となる画像の条件に達した場合にはストロボの発光量を増やしてＳＮ比の良い画像を取得することが可能となり、ストロボ光源にて一連の虹彩認証用画像取得が可能となる。また、条件に達しない間はストロボの発光量を少なくすることから、省電力化が図れる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の虹彩認証装置は、ストロボ発光により多大な量の光を発光できるので、屋外の太陽光下など外来光が入射されるような状況下でも機械的な遮光構造などを用いることなく、自然な距離感にて、虹彩認証に必要なＳＮ比の良い目画像を撮像することが可能となるという効果を有し、目の虹彩情報を用いて個体識別を行う虹彩認証装置等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施の形態に係る虹彩認証装置の構成を示すブロック図
【図２】図１の虹彩認証装置の動作を示すフローチャート
【図３】図１の虹彩認証装置におけるストロボ発光量と充電の関係を示すタイムチャート
【符号の説明】
【００３６】
１０  照明部
１１  ストロボ照明
１２  照明駆動部
１３  照明制御部
１４、２２  可視光カットフィルタ
２０  撮像部
２１  レンズ
２３  撮像素子
２４  映像信号処理部
３０  前処理部
３１  合焦度判定部
３２  瞳孔中心判定部
３３  目画像判定部
３４  認証画像取得部
４０  認証処理部
４１  虹彩画像判断部
４２  虹彩情報抽出部
４３  虹彩情報蓄積部
４４  虹彩照合処理部
【図１】
2005327161.tif 000003
【図２】
2005327161.tif 000004
【図３】
2005327161.tif 000005