(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
指紋を有する被検体を透過しうる光を上記被検体に照射する光源と、上記光源より上記被検体に照射されて上記被検体を透過した光を撮像する撮像手段とを備える指紋画像撮像装置を用いて指紋画像を得る指紋画像撮像方法において、
上記指紋の表面が上記指紋画像撮像装置と非接触の状態で指紋画像を撮像することにより、上記指紋の凸部を透過した光強度が低く凹部を透過した光強度が高い光強度分布を有する指紋画像を得ることを特徴とする指紋画像撮像方法。
【請求項２】
被検体に照射する光の主波長が赤色光乃至近赤外光領域であることを特徴とする請求項１記載の指紋画像撮像方法。
【請求項３】
請求項１記載の指紋画像撮像方法を用いて得られる指紋画像を原画像とし、上記原画像と上記原画像を平滑化処理して得られる平滑化画像との差分演算処理を行って得られた画像を指紋画像とすることを特徴とする指紋画像取得方法。
【請求項４】
指紋を有する被検体を指紋の表面が非接触状態で保持しうる被検体保持部と、
上記被検体保持部に上記指紋の表面が非接触状態で保持される上記被検体に上記被検体を透過しうる光を照射する光源と、
上記被検体を透過した上記光源からの光を撮像して、上記指紋の凸部を透過した光強度が低く凹部を透過した光強度が高い光強度分布を有する指紋画像を得る撮像手段と、
を備えることを特徴とする指紋画像撮像装置。
【請求項５】
被検体に照射する光の主波長が赤色光乃至近赤外光領域であることを特徴とする請求項４記載の指紋画像撮像装置。
【請求項６】
被検体に照射する光が平行光であることを特徴とする請求項４記載の指紋画像撮像装置。
【請求項７】
被検体に照射する光の方向と撮像装置の光入射部における撮像装置の光軸とが略平行となるように配置されることを特徴とする請求項４記載の指紋画像撮像装置。
【請求項８】
被検体に照射する光が直線偏光であり、撮像手段が上記直線偏光と同じ偏光方向の光のみを撮像するように偏光素子を備えることを特徴とする請求項４記載の指紋画像撮像装置。
【請求項９】
請求項４記載の指紋画像撮像装置で得られる指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部を備えることを特徴とする個人識別装置。
【請求項１０】
信号処理部においてなされる画像処理が、指紋画像撮像装置から得られる指紋画像と、この指紋画像を平滑化処理して得られる平滑化画像との差分演算処理を含むことを特徴とする請求項９記載の個人識別装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は指紋画像撮像方法、指紋画像取得方法、指紋画像撮像装置および個人識別装置に関するものであり、特に指紋の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらずに安定した指紋画像を得ることができ、個人認識の性能を向上することができる指紋画像撮像方法、指紋画像取得方法、指紋画像撮像装置および個人識別装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の指紋情報を用いた個人識別装置では、指を平面の上に接触するように置き、皮膚とその平面との接触の有無を光学的あるいは電気的に読み取り、指紋の凹凸パターンを画像化する方法が用いられている。
【０００３】
図５は従来の個人識別装置の構成を示す図であり、例えば特開平９−１３４４１９号公報に示されている。図５において、１００は被検体である人の指先、１０１はプリズム、１０２は対接面、１０３は照明用光源、１０４は撮像装置、１０５は指紋の凸部、１０６は指紋の凹部である。
図５に示される従来の個人識別装置について説明する。指先１００の指紋側をプリズム１０１の対接面１０２上に置き、指先１００の爪側から照明用光源１０４により光を照射する。指を透過した光は、指紋の凸部１０５及び指紋の凹部１０６より散乱光として放射される。指紋の凸部１０５では対接面１０２と指先１００の間に空気層がないため、指紋の凸部１０５からの散乱光は対接面１０２より下側のすべての領域に達する。これに対し、指紋の凹部１０６では対接面１０２と指１００の間に空気層があるため、指紋の凹部１０６からの散乱光は対接面１０２の法線からある角度以下の領域（図５において領域１０７）にしか達することができない。
したがって、対接面１０２より下側の領域でかつ領域１０７より上側の領域に撮像装置１０４を設置して対接面１０２撮像すると、指１００を透過した光のうち指紋の凸部１０５から出射した散乱光のみが撮像装置１０４に到達するので、指紋の凸部１０５が指紋の凹部１０６より明るくなり、指紋の凹凸パターンに応じた指紋画像を得ることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の個人識別装置は、対接面１０２と指先１００の間の空気層の有無によるプリズム１０１内への出射角の違いを利用するものであり、指紋の表面の状態、例えば、汗、油，水による皮膚表面の濡れ具合によって、指紋の皮膚とプリズム１０１の対接面１０２との密着度が大きく変化し、対接面１０２と指１００の間の空気層の状態は変化する。その結果、皮膚表面の湿り気の状態によって得られる指紋画像の画質が変化してしまい、個人識別性能の劣化を招くという問題があった。例えば、皮膚が乾燥していると、指紋の凸部１０５の皮膚が十分に対接面１０２に接触しないため，指紋画像において指紋の凹部１０６との区別がなくなってしまうという問題があった。
【０００５】
この発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、特に指紋の表面状態の影響を受けずに安定した指紋画像を得ることができ、個人認識の性能を向上することができる指紋画像撮像方法、指紋画像取得方法、指紋画像撮像装置および個人識別装置を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る指紋画像撮像方法は、指紋を有する被検体を透過しうる光を被検体に照射する光源と、光源より被検体に照射されて被検体を透過した光を撮像する撮像手段とを備える指紋画像撮像装置を用いて指紋画像を得る指紋画像撮像方法において、指紋の表面が指紋画像撮像装置と非接触の状態で指紋画像を撮像することにより、指紋の凸部を透過した光強度が低く凹部を透過した光強度が高い光強度分布を有する指紋画像を得るものである。
また、被検体に照射する光の主波長が赤色光乃至近赤外光領域であることを特徴とするものである。
この発明に係る指紋画像取得方法は上記指紋画像撮像方法を用いて得られる指紋画像を原画像とし、原画像と原画像を平滑化処理して得られる平滑化画像との差分演算処理を行って得られた画像を指紋画像とすることを特徴とするものである。
【０００７】
また、この発明に係る指紋画像撮像装置は、指紋を有する被検体を指紋の表面が非接触状態で保持しうる被検体保持部と、被検体保持部に指紋の表面が非接触状態で保持される被検体に被検体を透過しうる光を照射する光源と、被検体を透過した光源からの光を撮像して指紋の凸部を透過した光強度が低く凹部を透過した光強度が高い光強度分布を有する指紋画像を得る撮像手段と、を備えるものである。
また、被検体を照射する光の主波長が赤色光乃至近赤外光領域であることを特徴とするものである。
【０００８】
また、被検体に照射する光が平行光であるものである。
【０００９】
また、被検体に照射する光の方向と撮像装置の光入射部における撮像装置の光軸とが略平行となるように配置するものである。
【００１０】
また、被検体に照射する光が直線偏光であり、撮像手段が直線偏光と同じ偏光方向の光のみを撮像するように偏光素子を備えるものである。
【００１１】
また、この発明に係る個人識別装置は、上記指紋画像撮像装置で得られる指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部を備えるものである。
また、信号処理部においてなされる画像処理が、指紋画像撮像装置から得られる指紋画像と、この指紋画像を平滑化処理して得られる平滑化画像との差分演算処理を含むものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１の個人識別装置の構成を示す図である。図１において、１は被検体である指先であり、指紋１１を有している。指紋１１は凸部１２と凹部１３からなる凹凸パターンを有している。
２は指先１を保持する被検体保持部であり、指紋１１を非接触状態で保持できるように開口部２１が設けられる。
【００１３】
３は指先１を透過しうる光を出射する光源であり、指先１の爪側（指紋１１の反対側）に光を照射するように設けられる。光源３としては、赤色光乃至近赤外光領域の投射光あるいは赤色光乃至近赤外光領域の光を含む投射光を出射するものが用いられる。
光源３としては、例えばレーザー、発光ダイオード、ランプ光源が用いられる。赤色光乃至近赤外光領域の光としては波長が６５０ｎｍから１４００ｎｍのものが好ましい。３１は指先１を照射する光、３２は指先１の内部を通過する光、３３は指紋１１を通過した光である。
指先１を照射する光３１は、好ましくは平行光であり、平行光を得るために光源３においてレンズや曲面鏡を設けてもよい。また、外部からの光の影響を受けないように指先１および光源３を遮光体によって覆ってもよい。
【００１４】
４は指紋１１に対向して設けられ、指先１を透過し、指紋１１を通過した光源３からの光を撮像する撮像手段である。撮像手段４は、結像レンズ４１、撮像素子４２、画像出力回路４３を備えている。撮像素子４２は例えば２次元固体撮像素子（CCD、CMOSイメージセンサ）や撮像管である。撮像素子４２は指紋１１を通過した光に感度を有するもの、即ち、赤色光乃至近赤外光領域の光に感度を有するものが用いられる。撮像手段４は指先１からの光以外を受光しないよう遮光される。
撮像手段４は、その光入射部における撮像装置４の光軸が指先１を照射する光３１の方向と略平行となるように配置される。
５は撮像手段４の画像出力回路４３から出力される指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部である。
【００１５】
次に動作について説明する。
まず、指先１の指紋１１の表面が非接触状態となるように、指紋１１を被検体保持部２の開口部２１に対応させて指先１を被検体保持部２に保持する。光源３から出射される光を指先１の爪側に、指紋１１の表面に対して略垂直な方向に照射する。指先１に照射された光は指先１の内部を伝播し指紋１１側に達する。ここで、指先１を透過する光の透過率は指紋１１の凸部１２に比べて凹部１３おいて高いので、指先１の指紋１１を通過した光３３の強度は指紋１１の凸部１２に比べて凹部１３において高くなり、指紋１１の凹凸パターンに応じた光強度分布となる。そして、指紋１１の表面における指先１を透過した光の光強度分布を撮像手段４の結像レンズ４１によって撮像素子４２に結像する。このようにして、指紋１１の凸部１２に比べて凹部１３において明るい指紋画像が得られる。このとき、撮像装置４の光入射部における光軸が指先１を照射する光３１の方向と略平行となるように配置することにより、指紋１１の凹凸パターンに対応する指紋画像を高いコントラストで撮像することができる。
撮像素子４２において得られる光強度分布に応じた電気信号は画像出力回路４３に出力される。画像出力回路４３では撮像素子４２からの電気信号を入力し、指紋画像を画像電気信号として出力する。
【００１６】
このようにして撮像手段４において得られた指紋画像は信号処理部５に出力される。信号処理部５においては、まず指紋画像を画像処理によって指紋の特徴情報（指紋情報）を抽出する。ここで、生体の血液において近赤外光は透過率が低いので撮像手段４から出力される指紋画像には指先１内部の血管のパターンが指紋１１の凹凸パターンと重畳されている。そこで、撮像手段４から出力される指紋画像を原画像とし、原画像に対して平滑化処理を行なって平滑化画像を得る。指紋１１の凹凸パターンは血管パターンに比べて線幅が細いので、平滑化画像では指紋１１の凹凸パターンが除去され血管パターンが残る。そして、原画像と平滑化画像の差分演算を行なうと指紋１１の凹凸パターンのみが残った指紋画像が得られ、この指紋画像から指紋特徴情報の抽出を行なう。次に信号処理部５は指紋特徴情報の登録および登録された指紋特徴情報との照合を行なう。これにより個人を識別することができる。
【００１７】
このように原画像と平滑化画像との差分演算を行なうことにより、指紋画像に対応する領域に照射される光の不均一性を補正することができ、かつ、血管のパターンの影響を除去した指紋画像を得ることができる。
【００１８】
上述のような実施の形態１の構成によれば、指紋１１の表面を非接触状態で指紋画像を得ることができるので、指紋１１の皮膚表面の湿り気の状態に拘わらず、安定した画質の指紋画像を得ることができ、個人認識の性能を向上することができる。
【００１９】
また、上述したように、指先１を照射する光３１を平行光とすることにより、指紋１１の凹凸パターンに対応する指紋画像をより高いコントラストで撮像することができる。
【００２０】
なお、上記説明では、撮像手段４で得られた指紋画像を信号処理部５で処理して個人を識別する個人識別装置について説明したが、個人識別をせずに単に指紋画像を得る指紋画像撮像装置としても用いることができることは言うまでもない。
【００２１】
図２はこの発明の実施の形態１の個人識別装置の他の構成を示す図である。図２に示される個人識別装置は、図１に示す個人識別装置において、撮像手段４が、さらに波長選択手段４４を備えるものである。波長選択手段４４は、赤色光乃至近赤外光を選択的に透過させるものであり、指先１と結像レンズ４１の間に設けられる。波長選択手段４４としては、例えば干渉フィルター、フィルターガラス、近赤外透過プラスチックが用いられる。
波長選択手段４４を設けることにより、外部からの光の影響を除去することができる。
また、図２は、指先１と結像レンズ４１の間に波長選択手段４４を設けるものであるが、結像レンズ４１と撮像素子４２の間に波長選択手段４４を設けてもよい。また、波長選択機能を有する結像レンズを用いてもよい。
【００２２】
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２の個人識別装置の構成を示す図である。図３において、６は直線偏光を出射する光源、６１は指先１を照射する光、６２は指先１の内部を通過する光、６３は指紋１１を通過した光である。４５は光源６の直線偏光と同じ偏光方向の光を透過する検光子である。図１で示した符号と同じものは、同じまたは相当品を示すものである。
上述した実施の形態１は、無偏光で照射および撮像を行なうものであるが、実施の形態２は、指先１に直線偏光を照射する光源６を設けるとともに、撮像手段４にこの直線偏光と同じ偏光方向の光のみを撮像するために偏光素子として検光子４５を設けるものである。この点を除けば、実施の形態２は実施の形態１と同じである。
直線偏光を出射する光源６としては、例えば、直線偏光を出力するレーザーや、偏光子と組合せた発光ダイオードまたはランプ光源が用いられる。
【００２３】
指先１の内部を通過する光６２は直進または散乱するが、直進する直進光は偏光方向が保存され、散乱する散乱光は偏光方向が保存されない。そして、直進光は指紋１１側に指紋１１の表面に対して略垂直に進むため、指紋１１の表面に対して垂直方向の透過率の分布をよく反映して指紋１１側に透過する。よって、指先１を照射する光６１が直線偏光であり、指紋１１を通過した光６３のうち検光子４５を透過する光のみを撮像することにより、上記散乱光を除去し撮像される光における直進光の割合を高めることができ、指紋画像のコントラストを高くすることができる。また、実施の形態１と同様に波長選択手段を併せて設けてもよい。
【００２４】
このような実施の形態２の構成においては、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、指紋画像のコントラストを高くすることができるという効果をも得られるものである。
【００２５】
実施の形態３．
図４はこの発明の実施の形態３の個人識別装置の構成を示す図である。図４において、４６は光源６の直線偏光と同じ偏光方向の光を反射する偏光ビームスプリッタである。図１乃至３で示した符号と同じものは、同じまたは相当品を示すものである。
実施の形態３が実施の形態２と異なるのは、偏光素子として、検光子４５に代えて光源６の直線偏光と同じ偏光方向の光を反射する偏光ビームスプリッタ４６を設け、偏光ビームスプリッタ４６で反射された光が結像レンズ４１を経て撮像素子４２に導かれるように構成する点である。
このように偏光素子として偏光ビームスプリッタ４６を設ける場合にも、実施の形態２と同様に指紋画像のコントラストを高くすることができる。
また、実施の形態１と同様に波長選択手段を併せて設けてもよいことは言うまでもない。
また、光源６の直線偏光と同じ偏光方向の光を透過するような偏光ビームスプリッタ設けてもよい。この場合には偏光ビームスプリッタを透過した光が結像レンズを経て撮像素子に導かれるように構成する。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、この発明の指紋画像撮像方法は、指紋を有する被検体を透過しうる光を被検体に照射する光源と、光源より被検体に照射されて被検体を透過した光を撮像する撮像手段とを備える指紋画像撮像装置を用いて指紋画像を得る指紋画像撮像方法において、指紋の表面が指紋画像撮像装置と非接触の状態で指紋画像を撮像することにより、指紋の凸部を透過した光強度が低く凹部を透過した光強度が高い光強度分布を有する指紋画像を得ることができるため、指紋の皮膚表面の状態の影響を受けずに安定した指紋画像を得ることができる。
また、被検体に照射する光の主波長が赤色光乃至近赤外光領域であることにより、指紋の凹凸パターンに応じた光強度分布を有する指紋画像を得ることができる。
また、この発明の指紋画像取得方法は、上記指紋画像撮像方法を用いて得られる指紋画像を原画像とし、原画像と指紋画像を平滑化処理して得られる平滑化画像との差分演算処理を行うことにより、画像全体における照明の不均一を補正し、かつ、血管パターンの影響を除去した指紋画像を得ることができ、個人認識の性能を向上することができる。
また、この発明の指紋画像撮像装置は、指紋を有する被検体を指紋の表面が非接触状態で保持しうる被検体保持部と、被検体保持部に指紋の表面が非接触状態で保持される被検体に被検体を透過しうる光を照射する光源と、被検体を透過した光源からの光を撮像して指紋の凸部を透過した光強度が低く凹部を透過した光強度が高い光強度分布を有する指紋画像を得る撮像手段と、を備えることにより、指紋の皮膚表面の状態の影響を受けずに安定した指紋画像を得ることができる。
【００２７】
また、被検体に照射する光の主波長が赤色光乃至近赤外光領域であることにより、指紋の凹凸パターンに応じた光強度分布を有する指紋画像を撮像することができる。
【００２８】
また、被検体に照射する光が平行光であることにより、指紋の凹凸パターンに応じた光強度分布を有する指紋画像をより高いコントラストで撮像することができる。
【００２９】
また、被検体に照射する光の方向と撮像装置の光入射部における撮像装置の光軸とが略平行となるように配置されることにより、指紋の凹凸パターンに応じた光強度分布を有する指紋画像をより高いコントラストで撮像することができる。
【００３０】
また、被検体に照射する光が直線偏光であり、撮像手段が直線偏光と同じ偏光方向の光のみを撮像するように偏光素子を備えることにより、被検体内部を直進した光をより多く受光し、指紋の凹凸パターンに応じた光強度分布を有する指紋画像をより高いコントラストで撮像することができる。
【００３１】
また、この発明の個人識別装置は上記指紋画像撮像装置で得られる指紋画像を画像処理して指紋情報を得るとともに、この指紋情報に基づき個人を識別する信号処理部を備えることにより、指紋の皮膚表面の状態の影響を受けずに安定した指紋画像を得ることができ、個人認識の性能を向上することができる。
また、信号処理部においてなされる画像処理が、指紋画像撮像装置から得られる指紋画像と、この指紋画像を平滑化処理して得られる平滑化画像との差分演算処理を含むことにより、画像全体における照明の不均一を補正し、かつ、血管パターンの影響を除去した指紋画像を得ることができ、個人認識の性能を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１の個人識別装置の構成を示す図である。
【図２】  この発明の実施の形態１の個人識別装置の他の構成を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態２の個人識別装置の構成を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態３の個人識別装置の構成を示す図である。
【図５】  従来の個人識別装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
２  被検体保持部、３，６  光源、４  撮像手段、５  信号処理部、４５  検光子、４６  偏光ビームスプリッタ。
【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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