使用生物体信息的认证装置以及认证方法与流程

本发明涉及使用生物体对个人进行认证的认证系统，特别涉及小型且便利性优异、高精度的认证技术。

背景技术：

在各种生物体认证技术中，已知指静脉认证能够实现高精度的认证。指静脉认证由于使用手指内部的血管图案，因此能够实现优异的认证精度，并且由于与指纹认证相比难以伪造以及篡改，因此能够实现高度的安全性。

近年来，在便携式电话机、笔记本型pc(personalcomputer，个人计算机)、智能电话或平板终端等便携式终端、储物柜、保险箱、打印机等设备中搭载生物体认证装置，确保各设备的安全性的事例增加。此外，作为应用生物体认证的领域，除了出入室管理、考勤管理、向计算机的登录等以外，近年来，生物体认证也被利用于结算等。特别是公共利用的生物体认证装置实现可靠的个人认证很重要。而且，鉴于近年来的平板型便携式终端的普及、可穿戴计算的潮流，在如上所述保证便利性的同时，实现装置的小型化也成为重要的要件之一。此外，提供操作性高的认证装置使得利用者能够容易地利用认证装置也变得重要。

作为与基于血管的形状来进行个人认证的认证装置的小型化相关的技术，具有专利文献1。

此外在专利文献2中，公开了一种如下技术，即，利用彩色摄像机对以非接触状态遮罩在装置的手掌拍摄包含红色的可见光源的反射图像，提取手掌的静脉和掌纹来进行认证。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：jp专利公开2013-33555号公报

专利文献2：国际公开第13/136553号

技术实现要素：

发明要解决的课题

为了实现小型且使用便利性良好、而且高精度的个人认证装置，从面积窄的传感器拍摄宽范围的生物体信息、并且有效地校正出示生物体时的位置偏差、或者在产生了位置偏差的情况下向利用者诱导正确的位置变得重要。

在专利文献1所记载的生物体认证装置中，为了实现装置小型化而将传感器的开口部设得比手指的宽度窄，但由于使手指接触来出示，因此不能拍摄手指的轮廓，由此产生了手指的位置偏差的情况下的位置校正变得困难，而且也并未提及与其解决手段相关的内容。此外，由于需要将手指放置在装置的给定位置，因此不能拍摄宽范围的生物体信息，而且由于需要具备手指放置台，因此装置的小型化困难。

在专利文献2中，记载了如下技术，即，利用智能电话或平板标准配备的彩色摄像机和环境光或者液晶画面的光，同时拍摄手掌静脉和掌纹来进行认证。该技术具有无需接触装置而能够较宽地拍摄手掌的生物体信息的优点。但是，对于利用者使生物体停止于适当的位置等的引导并没有公开。

因此，本发明的目的在于实现这样一种个人认证装置，该个人认证装置为了实现小型且使用便利性良好的高精度的个人认证，能够在较高地保持出示生物体时的自由度的同时，取得具有很多带有个人特征的信息的生物体特征的信息。

用于解决课题的手段

一种使用生物体的特征对个人进行认证的认证装置，其特征在于，具备：设置区域，设置生物体；光源，对出示在所述设置区域的生物体照射光；摄像部，拍摄由所述生物体反射的来自所述光源的光；图像处理部，对由所述摄像部摄像得到的图像进行处理；特征提取部，从所述图像提取所述生物体的生物体特征；存储部，保持所述生物体特征；和对照部，比较所述生物体特征的类似度，所述摄像装置以及所述多个光源配置在与所述生物体面对的位置，所述多个光源照射分别不同的波长，并且所述摄像装置拍摄多个波长，具有测定所述生物体与所述摄像装置的距离的单元，判定所述生物体的姿势，检测最佳的出示位置并诱导至该位置，基于所述生物体的姿势来进行所述生物体的特征的校正。

发明效果

根据本发明，在使用手指的生物体认证装置中，装置壳体为小型并且能够拍摄宽范围的生物体，并能够通过从此获得多种多样的生物体特征从而高精度地进行认证，此外即使在产生了手指的位置偏差的情况下也能够校正或者探测位置，能够提供一种小型且便利性优异的高认证精度的认证装置。

附图说明

图1是示出第一实施方式的生物体认证系统的整体结构的图。

图2是说明第一实施方式的生物体认证系统的装置结构的图。

图3是使用输入装置实施反射非接触认证的处理流程的一例。

图4是使红外光和绿光同时发光而拍摄的静脉、指纹、脂肪纹的图像例。

图5是彩色摄像机的rgb各元件的分光灵敏度特性的一例。

图6是手指的出示位置的探测方法的说明图。

图7是手指轮廓和指尖的位置的检测方法的说明图。

图8是示出检测手指的姿势的方法的说明图。

图9是示出检测手指的滚动旋转角的方法的说明图。

图10是向利用者诱导适于认证的手指的位置、姿势的引导画面的一实施例。

图11是手指的切出处理和立体校正处理的说明图。

图12是能够容易地进行手指位置的诱导的认证装置的结构和操作方法的说明图。

图13是通过敲击手指从而容易地诱导位置的认证装置的操作方法的说明图。

图14是作为第二实施方式的、由红外光源和一个红外摄像机构成的反射非接触生物体认证装置的一实施例。

图15是第二实施方式中的处理流程的一例。

图16是第二实施方式中的手指的俯仰角度的检测方法的说明图。

图17是通过红外光源的遮光区域来判定被摄体的距离较近的认证装置结构的一实施例。

图18是说明第三实施方式的认证装置的装置结构的图。

图19是说明第四实施方式的认证装置的装置结构的图。

图20是第四实施方式中的拍摄手指的引导方法的说明图。

图21是第四实施方式中的通过单手操作来拍摄手指的引导方法的说明图。

图22是第四实施方式中的拍摄手指的引导方法的另一实施例的说明图。

图23是第五实施方式中的认证装置的结构的说明图。

图24是第六实施方式中的认证装置的结构的说明图。

图25是第六实施方式中的认证装置的另一装置结构的说明图。

图26是第七实施方式中的认证装置的结构的说明图。

具体实施方式

实施例1

图1是示出第一实施方式的使用了手指的血管的生物体认证系统的整体结构的图。另外，不言而喻，本发明也可以不构成为系统，而是构成为将全部或一部分的结构搭载于壳体的装置。装置可以构成为包含认证处理的个人认证装置，也可以构成为认证处理在装置外部进行而专门用于血管图像的取得的血管图像取得装置、血管图像提取装置。此外，如后所述还可以是作为终端的实施方式。

实施方式1的认证系统包含：输入装置2、认证处理部10、存储装置14、显示部15、输入部16、扬声器17以及图像输入部18。

输入装置2包含设置于其壳体的光源3以及设置在壳体内部的摄像装置9。另外，存在将认证处理部10的图像处理功能的部分、或者在该图像处理功能中包含图像输入部18而称为图像处理部的情况。总之，认证处理部10是执行与认证相关的处理的处理部的总称，具备：从图像判断生物体(手指)与系统的距离或生物体(手指)的姿势的判断部、在显示部等进行与生物体(手指)的距离或生物体(手指)的姿势的修正指示的状态控制部、从摄像得到的图像去除无用信息(皱纹、背景等)的无用信息去除部、从摄像得到的图像提取特征信息的特征提取部、将所提取出的特征信息与预先保存于存储装置的登记数据进行对照的对照部等。

光源3例如是led(lightemittingdiode，发光二极管)等发光元件，对出示在输入装置2的上部的手指1照射光。摄像装置9对出示于输入装置2的手指1的图像进行拍摄。另外，手指1也可以为多根。图像输入部18取得由输入装置2的摄像装置9拍摄到的图像，并将所取得的图像输入到认证处理部10。

认证处理部10包含：中央处理部(cpu：centralprocessingunit)11、存储器12以及各种接口(if)13。

cpu11通过执行存储于存储器12的程序从而进行各种处理。存储器12存储由cpu执行的程序。此外，存储器12临时地存储从图像输入部18输入的图像。

接口13将认证处理部10与外部的装置进行连接。具体而言，接口13与输入装置2、存储装置14、显示部15、输入部16、扬声器17以及图像输入部18等连接。

存储装置14预先存储了利用者的登记数据。登记数据是用于对利用者进行对照的信息，例如为指静脉图案的图像等。通常，指静脉图案的图像是将主要分布于手指的手掌侧的皮下的血管(指静脉)摄像为暗影的图案的图像。

显示部15例如为液晶显示器，是对从认证处理部10接收到的信息进行显示的输出装置。

输入部16例如为键盘，将从利用者输入的信息发送到认证处理部10。扬声器17是以声学信号(例如，声音)对从认证处理部10接收到的信息进行发送的输出装置。

在此，显示部15以及扬声器17是作为用于对利用该认证系统的用户指示生物体(手指)与系统的距离、生物体(手指)的姿势的修正的装置(指示部)的一例，本发明并不限定于该装置。

此外，上述说明的各处理部既可以由一个cpu进行全部处理，也可以按每个处理部使用cpu。

图2是说明第一实施方式的生物体认证系统的输入装置的结构的图。

输入装置2对分布于手指的表面或者皮下的生物体特征进行拍摄。输入装置2由装置壳体21包围，在其内部配置有2台摄像装置9，此外多个红外光源31以及可见光源32在摄像装置9的周围呈圆环状交替地配置，能够经由开口部对手指1均匀地进行照射。红外光源31照射红外光，可见光源32照射可见光。可见光源32的波长能够从大致450nm到570nm程度，即从蓝到绿的波长中任意地选择。此外，光源31和光源32各自能够以任意的强度照射。作为具体的波长的一例，光源31选择850nm的红外光，光源32选择550nm的绿色的波长。另外，各波长的发光元件也可以成为一体。在开口部嵌入有丙烯酸板22，具有防止灰尘等侵入到装置内部并且物理地保护装置内部的构件的效果。另外，由于若光源31以及光源32照射的光在丙烯酸板22反射则不能看见被摄体，因此可以将所有的光源按时间序列进行点亮而连续拍摄被摄体，通过hdr(highdynamicrange)技术将各图像进行合成，从而获得无反射分量的清晰的被摄体。另外，光源31以及光源32也可以不在摄像装置9的周围，而是在两个摄像装置9之间配置为圆环状或者格子状，还可以包围两个摄像装置9而配置为圆环状或者格子状。

摄像装置9为彩色摄像机，具有在可见光和红外光的波段具有灵敏度的多个受光元件。摄像装置9例如具有在蓝(b)、绿(g)、红(r)具有受光灵敏度的三种cmos或ccd元件，这些元件如作为bayer阵列而已知的那样，配置为格子状。此外，rgb的各元件在近红外光也具有灵敏度。各受光元件的灵敏度，例如由对于蓝在450nm附近、对于绿在550nm附近、对于红在620nm附近具有受光灵敏度的峰值的传感器构成。此外，设所拍摄的彩色图像为rgb各自的颜色平面能够独立地获得的rgb彩色图像形式。另外，不言而喻，摄像装置9也可以设为具有超过3波长的受光元件的多光谱摄像机。此外，在摄像装置9中具备使光源3输出的所有的光的波长透过且阻断其他频带的带通滤波器33，阻断不需要的杂散光而提高画质。在本实施例中仅使550nm和850nm的波长的光透过。

输入装置2能够通过照射多个可见光从而拍摄存在于指尖的皮肤内的各种生物体特征。例如，有指纹、表皮的皱纹、关节的皱纹、静脉、斑点或黑痣等黑色素的图样、血液的图样、皮下组织的脂肪小叶的图样(在此称为脂肪纹)等。

图3是利用立体摄像机推定生物体的姿势的同时进行认证的处理流程的一实施例。

首先，系统促使利用者出示手指(s401)。接着，照射红外光和绿光并且两台彩色摄像机取得同步的同时开始拍摄(s402)。此时，在因外部光等而观察到亮度饱和的情况下可以实施曝光调整，设定为亮度饱和消失的曝光时间。接着从拍摄到的影像实施被摄体的距离/立体形状测量(s403)。然后判断在距认证装置预先设定的距离的范围内是否存在被摄体(s404)，若不存在则视为并未出示生物体，返回至开头的处理(s401)等待到出示生物体为止。另一方面，在给定距离的范围内有被摄体的情况下视为出示了生物体，实施手指的姿势探测处理(s405)。接着，使用姿势判定结果来进行手指的诱导处理(s406)。此时在手指的位置、角度与设想偏离或者手指不适当地弯曲的情况下，使用画面显示、引导led、蜂鸣器等对利用者进行诱导，并反复进行姿势判定和诱导，以使得成为适当的拍摄状态。另一方面，在判定为适当的姿势的情况下(s407)，基于手指的姿势信息来实施手指图像的切出处理(s408)。在手指的姿势信息中，包含指尖、手指的根部的位置，使用成为认证的对象的一根或者多根手指的位置信息来切出各图像。然后，针对切出的手指图像根据手指的位置、朝向、距离来校正图像的放大率，并将手指的姿势标准化(s409)。接着，从姿势被标准化后的手指图像提取生物体特征(s410)。然后，对照生物体特征(s411)，计算与登记数据的类似度，判定利用者是否为登记者(s412)。

在此，对各处理模块详细进行叙述。

首先，对被摄体的距离、形状测量(s403)详细进行叙述。在本实施例中，使用两台彩色摄像机，拍摄近红外光和绿光的反射图像，应用利用了其视差的立体视觉(立体匹配)的技术来实施距离测量。另外，设用于变换两台摄像机间的坐标系的内部参数和外部参数是已知的。此外，设也能够取得摄像机间的拍摄的同步。此时，通过使用一般的立体视觉的方法，从而将左摄像机的任意的像素与右摄像机的任意的像素关联，能够以像素单位获得被摄体的距离。作为两摄像机间的像素的关联的方法，能够利用基于使用了部分图像彼此之间的模板匹配、sift(scale-invariantfeaturetransform，尺度不变特征转换)的特征点的关联等。由此，能够获得由两摄像机共同地拍摄的被摄体的距离信息或者形状信息，能够掌握被摄体的立体结构。

在一般的立体匹配中，在被摄体不存在强边缘信息的情况下，两摄像机间的像素的关联变得困难，难以得到准确的距离信息。特别是，针对手指等生物体的红外光的反射图像一般边缘较弱，因而难以获取对应点。因此，在本实施例中，使红外光和绿光同时发光而拍摄其反射光，同时获得由红外光能够拍摄的静脉等的信息以及由绿光能够拍摄的边缘的细微的指纹、脂肪纹。

图4是使红外光和绿光同时发光而拍摄到的静脉、指纹、脂肪纹的图像的一例。在红外光的反射图像61中指静脉62被不清晰地拍摄，表皮的指纹等几乎不明显，边缘等的特征点比较少。另一方面，在绿光的反射图像63中几乎观察不到指静脉62，但是能够观察到指纹64、关节皱纹65、脂肪纹66。由于这些特征量具有强边缘，因此能够通过sift等一般的特征点提取方法而容易地获得特征点，能够提高立体匹配中的两图像的坐标的关联的精度。

但是，指纹、关节皱纹、脂肪纹在局部区域与其他位置的边缘类似的情况很多。因此，在通过一般的图像处理来求取特征点及其特征量时，在提取特征量的局部图像的面积较小的情况下有可能无法与其他特征点的特征量进行识别而检测错误的对应点。因此，在指纹、关节皱纹这样的线特征的情况下，仅提取线的末端或分支点，而在脂肪纹这样的粒状的特征的情况下，包含周围的指纹或者脂肪纹的多个边缘而从稍宽的范围提取该点的特征量。由此，能够抑制作为特征点的误对应的主要原因而一般已知的开口问题。

在此，对通过同时照射红外光和绿光从而同时获得红外和绿的反射图像的一实施例进行叙述。

若在遮罩有生物体的状态下同时照射红外光和绿光，则这些光在生物体的表面或者表面下被吸收或者反射，其反射光到达摄像装置。由此，生物体表面附近的反射光强度分布被可视化。此时，由于同时照射了红外光和绿光，因此在彩色摄像机的rgb的各受光元件反映该光强度。

图5是彩色摄像机的rgb的各元件的分光灵敏度特性的一例。如该图所示，在比波长850nm附近更长波长的红外光区域，rgb的各元件成为大致相同的灵敏度分布。另一方面，对于绿光，只有g元件的灵敏度较高。此时，通过以下的联立方程式来求取r、g、b这三个元件的受光量(分别为ir、ig、ib)和发光的led的波长。

[数式1]

ir＝i550*wr(550)+i85o*wr(850)···式1

[数式2]

ig＝i550*wg(550)+i85o*wg(850)···式2

[数式3]

ib＝i550*wb(550)+i85o*wb(85o)···式3

其中，i550、i850分别表示绿光和红外光的单体时的反射光分量，wr(λ)、wg(λ)、wg(λ)分别表示波长λ下的r、g、b各元件的灵敏度。通过这些方程式，能够求取绿光和红外光的反射光分量(i550和i850)。其中，相对于未知数的数量为两个而方程式的数量为三个，由于能够通过两个方程式来求取两个未知数，因此通过将从三个方程式取出两个的三种结果进行平均，从而将包含在未知数的解中的误差平均化。

另外，作为其他实施例，也可以采用将红外光和绿光交替地点亮而使用各自的影像的方法，但与本方式相比，拍摄的帧速率会下降一半，并且两波长的图像中拍摄的被摄体的位置有可能稍微偏离。因此，本实施例的方式，能够同时拍摄红外图像和脂肪纹，因而能够高速地对被摄体进行拍摄，并且在被摄体的帧间不会产生位置偏差，因而能够实现高精度的立体匹配。

另外，一般地，通过上述方法而求出的基于立体视觉的距离测量的结果是以像素单位实施的，但是由于图像的噪声的影响，也存在以像素单位产生不准确的结果的情况。因此，也可以通过图形切割、散斑滤波器的应用，从而在空间上进行平均化来实施噪声去除。

接着，对在步骤s405中实施的生物体的姿势探测的一实施例进行叙述。对于手指的出示方法设想各种各样的状况。例如，具有仅使一根手指遮罩在装置上、张开五根手指遮罩、使手指弯曲遮罩等与手指的姿势相关的状况、手指的位置偏离摄像机而未适当地映现等与出示位置相关的状况。因此，利用上述的被摄体的距离测量处理的结果，推定各手指的指尖、根部的位置、手指的出示角度等手指的姿势，并获得用于基于该推定结果诱导利用者使得成为适当的出示位置、姿势、或者在图像上进行校正的信息。

图6是手指的出示位置的探测方法的一实施例。首先，如图6(a)所示，对将距离图像100朝向x轴进行积分并取得平均值的投影亮度分布101进行求取。其中，在此，设距离越近则距离图像的亮度值越高，此外将图像的右方向定义为x轴方向，将下方向定义为y轴方向，将远离摄像机的(纸面里侧)方向定义为z轴方向。此时，观测到手指的部分的投影亮度分布成为较高的值，手指的间隙等不存在被摄体的部分的投影亮度分布成为较低的值。此外，由于有时在图像中映现多个手指，因而投影亮度的起伏存在多个。此时，若如图6(b)所示那样求取投影亮度的峰值，则能够求取多个手指的x轴方向的坐标。

若能够掌握多个手指的大致的出示位置，则接下来定义以各个手指为中心的关心区域102。如图6(b)所示，手指的关心区域102是如下区域，即，针对投影亮度分布101设定阈值，将超过阈值的极大点作为x轴方向的中心，并具有与手指的宽度相比足够宽的任意的宽度。此外，区域的高度设为与距离图像100相同的高度。在本实施例中同时拍摄了三根手指，因此设定三个关心区域。

另外，也可以不将拍摄到的多根手指全部设为认证处理的对象，而仅将特定的一根手指设为处理对象。图6(c)是检测特定的一根手指的处理的一实施例。若考虑透镜的失真在图像中心降低、利用者将手指遮罩在认证装置的正上方，则可以认为最合理的是将映现在图像的中心的手指图像设为处理对象。因此，仅取出靠近图像的中心的手指。首先，针对向x轴的投影分布101，乘以越靠近图像的中心则值越大的权重系数103，变换为靠近图像的中心的投影分布的值变高。然后，求取投影分布的最大值104，将该x坐标定义为最靠近图像中心的手指的x轴方向的位置。由此，能够检测映现于图像的中心的手指而并非映现于图像的端部的手指。

接着，针对各关心区域，实施手指的轮廓探测。图7是检测手指的轮廓和指尖的一实施例的说明图。手指的轮廓探测可以根据基于判别分析的2值化处理或者图形切割等方法将各关心区域内的像素值分为手指和背景来取出其边界，此外也可以通过连结或者跟踪的方式来取出强边缘。此时，由于相邻的手指也有可能包含在关心区域中，因而也可以采用越靠近图像中心将边缘的权重设得越高从而使边缘的总量最大化的同时使边缘的距离、曲率最小化的连结方法。由此，错误地提取相邻的手指的轮廓的情况减少，能够得到降低认证错误的效果。通过该处理，如图7所示，能够获得手指轮廓120。

若能够检测各关心区域的手指轮廓120，则接下来求取手指的中心线121。手指的中心线121可以对手指轮廓120进行直线近似来求取，或者也可以将所提取出的手指轮廓的内侧区域定义为手指区域，实施以手指区域的各像素为要素的主成分分析，作为所得到的第一主成分的方向(主方向)而求取。接着，使用手指轮廓120和手指的中心线121来求取指尖122。这可以将手指的中心线与手指的轮廓线的交点定义为指尖122，或者也可以朝向关心区域102的y轴计算投影分布，从图像的下侧朝向上侧调查亮度分布的值，将首先低于能够判别为是背景的阈值的y坐标决定为指尖。在该方法中即使不检测手指轮廓也能够判定指尖的大致位置，因此能够使处理简化、高速化。

通过以上的处理，能够检测各手指的x坐标、y坐标、z坐标的出示位置，此外能够提取手指轮廓和指尖的位置。

接着，利用手指的距离/立体形状的测量结果，来检测手指的姿势。手指的姿势不仅包含手指的x、y、z坐标，还包含手指的弯曲、翘曲、以及以x、y、z轴的各轴为中心的旋转，需要检测这些状态。另外，手指设为由两个指关节分为三节，并分析将各节的中心轴近似为直线的手指的骨骼结构。此外，在图6(a)所示的坐标系中，将以x轴、y轴、z轴的各轴为中心的旋转分别定义为俯仰、滚动、横摆。

图8示出检测手指的姿势的一实施例。如图8(a)所示，在该例中，拍摄了在针对距离图像的关心区域102中包含两个关节150的手指1，手指轻轻弯曲，还包含滚动。根据所出示的手指的位置，与例示的图不同，还设想只包含一个关节或者根本不包含关节的情况。此外，手指轮廓120的内侧的区域设为越亮则是越靠近摄像机的距离。首先，如图8(b)所示，对距离图像进行偏微分来计算各坐标的法线向量140。由于手指1是类似于椭圆的圆筒的形状，因此可知法线呈辐射状分布。接着，如图8(c)所示，调查手指的中心轴121通过的像素的法线向量。图8(d)中示出该法线向量。由于指尖、手指的中节部等的鼓起，法线向量朝向各种方向。此时，由于关节150为凹陷，因而跨越关节的位置的法线向量的方向朝向交叉的方向。因此，求取这些法线向量与手指的中心轴121所成的角，将其方向反转的位置检测为关节的推定位置151。最后，对于由关节的推定位置151分断的各节的区域，通过主成分分析来求取与所有的法线向量最正交的方向，将其设为节的中心轴152。通过这样的处理，能够获得手指的每个节的骨骼结构。此外，手指的俯仰能够对沿着节的中心轴152的指内部区域的距离值的分布进行直线近似，作为其倾斜角来求取。此外横摆能够从手指的中心轴121的倾斜得到。

关于手指的滚动，能够将手指的剖面视为椭圆，从能够观测的部分的手指表面的坐标推定椭圆的长径和短径，从该长径方向与x轴所成的角度得到滚动角。具体而言，首先如图9(a)所示，若定义通过某关注像素163、并且与上述求出的节的中心轴152正交的手指的剖面160，则该剖面与手指表面所成的曲线成为椭圆161。此时，椭圆161并不是全部都能观测到，仅能够观测到作为影像而能够获得的多个法线向量140分布的部分。关于该部分，手指的表面的x、y、z的各坐标是已知的。即，成为仅能够观察到椭圆161的一部分的状态。通过针对该部分曲线，应用例如hough变换，从而能够获得椭圆161的长径162和短径的长度以及朝向。然后，通过将关注像素163在沿手指的节的中心轴152的方向上改变至各种位置而能够得到许多的长径162，并通过求取所求出的全部长径162与x轴所成的角的平均值，从而能够推定相应的手指的节的平均滚动角。最终，只要对全部节的平均滚动角进行推定并平均，便能够得到该手指的平均滚动角。

作为获得上述的手指的姿势信息的另一实施例，也可以将手指的姿势信息为已知的大量的指图像作为教师数据，基于randomforest等机器学习，从未知的距离图像来推定手指的姿势信息。

通过以上，能够掌握各手指的x、y、z轴的位置、手指的弯曲、翘曲、旋转的状态。

此外，也可以针对各帧按时间序列对各手指的x、y、z轴的位置、手指的弯曲角度、旋转角度进行蓄积，根据这些信息来计算与手指的位置、姿势相关的移动速度或者移动加速度，将它们用于手指的姿势判定。例如，在探测到手指高速地移动的情况下会产生影像的模糊，因而可以诱导利用者不以高速移动手指，或者在手指几乎不移动的情况下手指也有可能偶然被拍摄，因而也可以通过促使移动手指来使其明确地表示进行认证的意图。此外，通过仅在进行离开摄像机的动作的情况下允许拍摄，从而能够拍摄被摄体的模糊倾向大致一致的画质的影像。由此，登记时与输入时的画质统一化，能够提高认证精度。

接着，详细叙述图3所示的诱导手指的引导的显示(s406)的一实施例。若如上所述能够探测手指的出示位置、姿势，则能够将所拍摄的手指诱导至适当的位置。

图10是对利用者诱导适于认证的手指的位置、姿势的引导画面的一实施例。图10(a)是在适于认证的位置显示手指轮廓引导180、并且显示了促使手指的出示的引导消息181的状态。在该画面中，由摄像装置拍摄到的影像重叠显示，若利用者向右移动手指使得利用者容易操作，则实施图像的左右反转处理使得影像的手指也向右侧移动。另外，在此显示的图像可以是将左右摄像机的图像合成而得到的距离图像，也可以设为左或右摄像机中的任意一者的红外光反射图像或者绿光反射图像。此外，为了隐藏生物体信息，也可以对手指区域进行填充。

利用者按照该显示遮罩手指。但是，由于手指轮廓的大致形状并不是适于所有手指的形状，因此不一定能够与遮罩的手指的轮廓的形状一致。此外，不仅需要二维平面的位置对准，对于摄像机距离也需要对准适当的位置，因此即使与所显示的手指轮廓引导一致地遮罩了手指，也不一定遮罩在适当的出示位置。此外，对准多个手指的位置并不容易，并不一定所有的手指都来到适于认证的位置。因此，需要依次改变引导内容的同时进行诱导。

图10(b)示出遮罩了三根手指时的一例。首先，显示向左方向的手指移动指示箭头182，使得通过上述的处理而检测出的三根手指之中的在中央检测出的手指位于图像的中心。由此，能够实施手指的整体的位置对准。接着，如图10(c)所示，即使为中央的手指移动到图像的中心的状态，也由于左右的手指发生位置偏差，因而通知使手指轻微并拢的意思，并且在各手指的附近显示向右或向左的手指移动指示箭头182来诱导位置。同样地，在手指不自然地并拢的情况下，也可以进行使手指轻微打开的意思的显示。

此外，图10(d)示出手指向右偏离且发生旋转、并且靠近摄像机位置且关节弯曲的状态。首先显示用于使手指向左移动的箭头，接着显示用于拉开摄像机距离的摄像机距离指示图标183。然后，显示用于使手指的旋转复原的旋转指示图标184。最后，指示使手指的关节伸笔直的意思。如果此时指尖过于去到画面的下方的情况下，也可以显示该意思。

这样，若首先诱导手指的上下左右的位置、摄像机距离，然后诱导俯仰等旋转、手指的屈伸，则能够按照从粗略的出示位置到微细的调整的顺序进行诱导，能够提高诱导的效率。

如上所述，基于上述的姿势检测结果，能够将手指的出示位置和姿势诱导至正确的位置。

另外，在上述的实施例中适当的手指的拍摄根数设想了三根，但只要是一根到五根之间均可以实施拍摄。在手指的根数较多的情况下，通过进行诱导使得位于最右侧的手指和位于最左侧的手指的平均位置成为图像中央，从而能够诱导所遮罩的手指整体使其平衡良好地收敛于视场角。或者，也能够实时地探测当前遮罩的手指的根数，按照各手指的每个根数，切换上述的手指轮廓引导180的显示根数并示出适当的位置。通过这些处理，能够高效率地出示多个手指，能够实现更高精度的多个手指认证。

接着，对手指是否处于适当的位置的判定步骤s407进行叙述。虽然适于认证的手指的位置、姿势能够唯一地决定，但是若不允许与此的偏离，则利用者在手指的出示上会花费时间，便利性下降。因此，对于拍摄手指的根数、手指的x、y、z的位置、旋转、屈伸状态等参数，对从理想状态的偏离量设置允许范围，在全部进入到允许范围的时间点判定为是适当的姿势。另外，关于拍摄手指的根数，例如在将三根设为适当值的情况下，虽然登记时直到在图像中包含三根为止持续进行诱导以确保数据量，但是认证时也可以允许一根。这是因为存在即使只有一根一致在概率上也能够判定明显是本人的情形，通过这样，从而能够缓和认证时的手指的姿势的制约，能够实现高便利性的操作。

接着，对手指的切出处理步骤s408和立体校正处理步骤s409的一实施例进行叙述。

即使在如上述那样实施了手指的引导的情况下，若考虑利用者的便利性，则难以实现理想位置下的拍摄，因此会包含手指的姿势变动。在该情况下，由于伴随姿势的变动的生物体特征的变形，会得到与登记时的图案不同的特征量。对此，例如需要通过sift特征量等对于变形鲁棒的特征量来实施对照，或者对原图像的变形进行校正等。在本实施例中，以基于处理成本较小的模板匹配的对照为前提，利用手指的姿势信息(在此意味着指尖、关节、根部被标记为手指的立体形状的状态)的检测结果，对所拍摄的二维平面的生物体图像进行几何学变换，校正为标准化的状态。

首先，对于如图11(a)所示针对距离图像100决定的关心区域102，如图11(b)所示对于红外光反射图像以及绿光反射图像200生成以通过上述求出的指尖位置为基准的手指的切出图像201。由此，指尖成为与切出图像201的上边相接，x轴以及y轴的位置偏差被校正。另外，通过上述求出的指尖位置、手指轮廓、手指的每个节的中心轴等姿势信息是针对距离图像100求出的，存在相对于由左右两个摄像机拍摄到的反射图像的坐标系的偏差。在此，设距离图像100与反射图像200之间的坐标系的偏差是能够校准的，可通过坐标变换来求取。在坐标变换产生误差的情况下，也可以使由距离图像求出的手指轮廓在反射图像上平行移动的同时测量手指轮廓存在的全部像素的边缘总量，在手指轮廓上的边缘总量最多的场所重新进行位置校正。此外，反射图像200可以是左右任意摄像机的图像，也可以是将左右双方的图像合成而得到的图像。设为无论在哪一种情况下都能够进行坐标变换。

接着，如图11(c)所示，针对在切出图像201中映现的手指的轮廓，对图像的尺寸进行放大或缩小使得由距离图像得到的手指的距离值成为固定。放大率的计算通过最佳的距离值与当前的手指的距离值的比率来决定。由此，即使存在z轴方向的偏差，也能够使手指的尺寸保持固定。此时，通过将图像部分地放大或缩小使得手指的部分区域的距离值成为固定，也能够消除手指的俯仰角度所引起的距离的不均匀性。

然后，如图11(d)所示，进行旋转校正使得手指的每个节的中心轴152朝向图像的上方。由于中心轴152存在倾斜度对于手指的每个节不同的情况，因此也可以求取每个节的中心轴的平均值，并进行旋转校正以使其朝向图像的上方。

最后，如图11(e)所示，在由上述求出的手指的剖面的椭圆161及其长径162与图像的x轴成为平行的方向上对二维平面的坐标进行投影变换。在此将投影变换后的x轴图示为x’轴，但以后将其也称为x轴。由此，即使手指的二维图像的外形因滚动而变形，由于变换为手指的腹侧朝向正面的投影像，因此能够得到无变形的影像。

通过以上的处理，能够实施手指的x、y、z轴的坐标和旋转方向的校正。另外，在此示出的校正即使在后述的特征提取处理之后实施也能够得到同样的效果。

最后，对特征提取处理(s410)、对照处理(s411)以及判定处理(s412)进行叙述。特征提取处理对于红外反射图像和绿反射图像这两张图像分别提取特征量。由于在红外反射图像中能够确认静脉等信息，此外在绿反射图像中能够确认指纹、关节皱纹、脂肪纹等，因此实施一般的静脉图案的提取处理、纹理图案的提取处理，从而获得生物体特征。特别是为了锐化线图案，也可以作为预处理而实施钝化掩模处理。另外，影像有左右的摄像机的两个，但也可以仅使用一个摄像机的影像，还可以使用双方的影像另外实施特征提取，将最后得到的图案进行合成，此外也可以不合成而分别作为独立的图案来灵活利用。总之，由于双方的影像具有视差，并能够作为不同的信息来利用，因此通过利用多个摄像机的影像，能够预料到精度提高。

关于对照处理，通过一般的模板匹配或者特征点匹配的方法对所提取出的图案判定类似度。而且，在所得到的类似度低于事前决定的阈值的情况下成为认证成功。另外，虽然通过使用红外图像、绿图像、多个摄像机的影像来得到多个生物体特征，但是也可以通过对全部进行对照时的平均类似度、类似度高的多个结果的平均类似度，来实施认证的判定。计算多个类似度会增加数据的冗余度，有助于提高精度。

接着，对登记时的诱导方法与认证时的诱导方法的差异详细进行叙述。在登记时，期望在尽量稳定的状态下拍摄生物体。因此，在持续诱导到理想的出示位置使得生物体的拍摄状态变得良好之后，生成登记数据。例如，诱导手指使得满足所拍摄的生物体尽可能映现在中心、拍摄尽可能宽的范围、手指的旋转较少且正对摄像机、包含在所设定的摄像机的景深中、手指不弯曲等。

但是，也可设想到难以使手指的位置严格地悬空对准、对于利用者来说不能在理想的出示位置静止的情况，因而便利性劣化。因此，诱导需要具有一定程度的余量。

此外，即使在如上述那样对拍摄的图像进行了几何学校正的情况下，在实际上手指的位置发生了变化时也并不一定能够拍摄同样画质的影像。因此，获得成为各种各样的手指的姿势的多个登记数据，在对照时进行与全部登记数据的对照来获得多个类似度，基于这些类似度来实施最终的认证判定。在该方法中，由于登记数据具有各种各样的手指姿势的变化，因此用于对姿势的变动进行鲁棒的认证是有效的。此时，在登记时的手指的诱导时，若手指的诱导的基准相同则会始终实施固定的手指姿势的拍摄，因此难以在手指姿势中包含变化。

因此，初始的一张如上所述进行诱导使得在画质最高的位置拍摄，接着稍稍靠近摄像机，在放大率较高的位置进行拍摄。最后，在手指远离摄像机的位置进行拍摄。若登记这三张图像，则在认证时即使遮罩的手指相对于标准位置产生了与摄像机靠近或者远离的变动，某一张的类似度也会更高。结果，能够对放大率的变动实现鲁棒的对照。

同样地，不言而喻，能够对于手指的姿势取得各种组合，例如拍摄诱导至标准位置的情况、诱导至比标准位置靠左的情况、和诱导至比标准位置靠右的情况这三种情况等。考虑到生物体的变动根据摄像机的特性、装置的形状而变得更大的指姿势，因此若诱导为变动较大的手指的姿势则会更加有效。通过这样的诱导，从而能够对手指的姿势变化实现鲁棒的认证。

另一方面，在认证时，由于要求严格的位置对准，操作时间变长或者发生位置对准的烦杂，因而便利性下降。因此，将诱导偏差的允许量取得比登记时大，通过基于手指的姿势信息进行校正来吸收该位置偏差。此时，若是能够实时拍摄图像并实施对照的系统结构，则只要在将手遮罩的期间的某处成为接近于登记数据的手指的姿势，认证便会成功，因而即使允许较大的位置偏差也能够正确地认证。因此，即使在手指未处于适当的位置的情况下也实施认证处理，也可以变更处理流程使得在画面显示位置偏离的意思。

通过以上，登记时能够拍摄高品质的生物体，认证时能够通过高便利性的操作来实施认证处理。

图12是示出容易地诱导手指的位置的认证装置的结构和操作方法的一实施例的图。在实施非接触拍摄中，由于在空中遮罩手指，因此至于摄像机拍摄了哪部分，若不确认画面则也难以知晓，此外也难以掌握适当的距摄像机的距离。因此，如图12(a)所示，在装置壳体21设置指尖引导标记220以及手指根部引导标记221。引导标记由三角形表示，三角形的顶点的朝向示出了指尖侧。由此，能够示出装置与手指的朝向的关系性。另外，这些记号只要示出手指的朝向和方向即可，形状并不限定于三角形。

如图12(b)所示，利用者将手指1的指尖置于指尖引导标记220，并放置指根部使其进入两个指根部引导标记221之间。接着如图12(c)所示使手指远离装置。这样，若进行最初使手指接触装置壳体21并从此处使手指远离的操作，则通过摄像机的光轴中心、距摄像机的最佳距离的可能性增高，能够实现更高品质的生物体的拍摄。另外，在本实施例中将引导标记配置在壳体的中心，但也可以根据摄像机的位置、所拍摄的手指根数等，进行配置使得手指容易移动到适当的拍摄位置。此外，引导标记也可以设为在装置壳体21上与手指的形状匹配而形成的凹陷，使手指置于该场所。

以下示出在装置配置有引导标记的非接触认证装置的处理流程的一例。首先，系统对利用者进行引导“请将手指放在装置上”。然后，使光源点亮，连续拍摄图像的同时等待生物体的出示。若生物体被置于手指放置台，则图像由于光源的强反射光而饱和。由于图像是否亮度饱和由光源与手指的距离来决定，因此通过事前调查将手指载置于装置壳体21时的平均亮度值，并决定用于判定是否放置有手指的阈值处理，从而能够判定手指的设置。若利用者按照引导标记来放置手指，则通过手指的设置判定处理而会判定为放置了手指。

接着系统对利用者进行引导“请使手指离开”。相应地，如图12(c)所示，若利用者使手指远离装置，则反射光的强度减小，可知手指与装置分开。然后，若实施上述的距离测量处理，能够探测到手指位于适当的距离，则从此时的图像提取生物体的特征量。若是登记处理则登记该生物体特征，若是认证处理则将该生物体特征作为输入而进行与登记数据的对照。

根据本实施例，通过将手指放置于手指的引导标记，从而能够使手指不会从视场角较大地偏离或者从距摄像机的适当的拍摄距离较大地偏离地拍摄生物体，因此能够得到如下效果，即，利用者不使手指在空中静止，能够在一系列的操作中决定最佳的拍摄图像。

另外，也可以如上述的登记时的诱导方法的实施例所示的那样，根据获得多个登记数据时的登记尝试次数使最佳的拍摄距离的阈值变化，使得在登记数据中包含距离不同的多个登记数据。由此，即使在认证时手指的距离发生变化，也能够维持与登记数据的类似性。

作为容易地诱导手指的位置的认证装置的另一操作方法，存在轻敲装置的方法。上述的使手指远离的操作若不是装置固定或者用一只手保持的状态则难以实施。因此，取代使手指远离的操作，进行如下这样的上下方向的轻敲，即，用单手保持装置，从将相同手的指尖设置在给定位置的状态离开一定的距离再返回。由此，仅通过单手的操作便能够拍摄成为最佳的摄像机距离的生物体图像。

如图13(a)所示，首先利用者握住装置壳体21，例如将食指240置于指尖的引导标记。若从系统发出轻敲手指的意思的指示，则利用者开始轻敲。轻敲时手指的朝向如图13(b)所示那样成为倾斜的出示，因此拍摄到的手指图像也以产生了俯仰的状态被拍摄。但是只要手指整体为收敛于图像的视场角的适当的角度，并且登记数据以同样的姿势保存，那么也可以用于认证。因此，反复几次使手指上下的操作，在手指收敛于视场角的定时实施几张的拍摄。然后从这些图像生成生物体的特征数据并进行登记。若认证时也进行同样的操作，则在成为接近于登记时的状态的指姿势的瞬间与登记数据的类似性提高，从而认证成功。

这样，通过进行轻敲操作，手指的出示位置能收敛于一定的范围，因而与登记数据的重现性升高，并且无需在空中实施手指的位置对准便能够容易地拍摄空中的手指，进而能够用单手握持装置的同时实施认证，因此装置的便利性提高。

实施例2

图14是作为第二实施方式的由对红外光进行发光的光源和一个红外摄像机构成的反射非接触生物体认证装置的一实施例。

在摄像装置9的周围排列有多个红外光源31，并在摄像装置9的透镜部搭载有仅使红外光源31发出的波长附近的光通过的带通滤波器33。摄像装置9为红外摄像机，能够拍摄由手指1反射的光。

图15是该实施例中的处理流程的一实施例。这与上述的实施例1的图3所示的处理流程大致相同。但是，与上述实施例1的差异在于如下方面：使用一台红外摄像机而并非两台彩色摄像机；不实施基于立体视觉的距离测量；使用单一波长的图像而并非多个波长。以下，说明处理流程的概要。

首先，系统对利用者催促手指的出示(s501)。接着照射红外光的同时由一台红外摄像机开始拍摄(s502)。此时在外部光较强的情况下也实施曝光调整。接着根据拍摄到的影像实施被摄体的距离/立体形状推定(s503)。判定在距认证装置预先设定的距离的范围内是否存在被摄体(s504)，在不存在的情况下视为并未出示生物体，进行等待直到出示生物体为止。另一方面，在给定距离的范围内有被摄体的情况下视为出示有生物体，实施手指的姿势探测处理(s505)。接着，使用姿势判定结果来进行手指的引导处理(s506)。此时在手指的位置或角度偏离设想或者手指不适当地弯曲的情况下，使用画面显示或引导led、蜂鸣器等对利用者进行诱导，并反复进行姿势判定和诱导，以使得成为适当的拍摄状态。另一方面，在判定为适当的姿势的情况下(s507)，基于手指的姿势信息来实施手指图像的切出处理(s508)。在手指的姿势信息中，包含指尖、手指的根部的位置，使用成为认证的对象的一根或者多根手指的位置信息来切出各图像。然后，针对所切出出的手指图像根据手指的位置、朝向、距离来校正图像的放大率，将手指的姿势标准化(s509)。接着，从姿势被标准化后的手指图像提取生物体特征(s510)。然后，对生物体特征进行对照(s511)，计算与登记数据的类似度，判定利用者是否为登记者(s512)。

在此，对作为本实施例的图15与作为上述的第一实施例的图3存在差异的处理模块详细进行叙述。

首先，对红外光的照射和由摄像机的拍摄处理(s502)进行叙述。在实际运用生物体认证装置的场景中，在拍摄装置的周围会存在各种各样的物体。因此，在红外反射图像的拍摄中，拍摄到手指以外的不必要的被摄体的情况也很多。由于不必要的被摄体有时成为用于正确地检测手指的噪声，因此为了进行更高精度的认证，需要去除不必要的被摄体。作为其中一种方法，如图14所示那样，存在搭载仅使光源31的波长透过的带通滤波器33的方法。另一方面，在环境中存在相同波长区域的反射光的情况下无法去除该成分。因此在本实施例中，通过光源的点亮图像与熄灭图像的差分来进行背景去除。

首先拍摄将光源31熄灭的图像。并且紧随其后拍摄将光源31点亮的图像。然后，若从在点亮时拍摄到的图像中减去在熄灭时拍摄到的图像，则能够保留遮罩了手指的影像不变而去除与光源31无关系地明亮地映现的不必要的被摄体的成分。由此，能够与外部光的影响无关地准确地实施手指的切出。此外，在外部光成分照射于手指表面的情况下，通过差分的计算而取消，因此也能够降低后述的姿势探测处理的外部光所引起的误动作。

此外，在将光源熄灭的图像极其明亮的情况下，可知强烈地照射有外部光。此时，通过根据其亮度使光源强烈地照射并且控制为缩短摄像机的曝光时间，从而即使在照射有强外部光的环境中也能够实现生物体的测量。在调整曝光的情况下，由于在后述的手指的姿势探测处理等中处理所需的最佳参数变化，因此预先求取在各处理中针对各个曝光时间的最佳的参数。

这样，在本实施例中通过基于光源的闪烁的背景差分来去除不必要的背景，能够提高手指的检测精度。但是，在该方法中，用于拍摄的帧速率会减半，因此在帧速率不足够高的情况下，也可以实施基于带通滤波器33的不必要背景的去除，或者应用在事前大量地获得手指和背景已经分离的红外反射图像而通过randomforest等的机器学习来分离手指和背景的方法。

接着，对被摄体的距离/立体形状的测量(s503)详细进行叙述。本实施例由于不能如上述的实施例那样实施基于立体视觉的距离测量，因此需要用一台红外摄像机来实施距离测量。

作为用一台红外摄像机进行距离推定的方法，存在使用与照射的反射光的光强度相关的逆平方定律的方法。光源设置在摄像机的周边，因而大致可视为点光源，所以朝向手指发出的光呈球体状扩展。球的表面积与球的半径的平方成比例地变大，因而每单位面积的光的能量与半径的平方成反比。因此，被摄体的亮度由被摄体的反射率和吸收率、以及被摄体与摄像机的距离来决定。

将照射的光量设为ii，将皮肤的反射/吸收系数设为μ，将到被摄体的距离设为d，将受光的光量设为io。此外，手指表面的反射光为朗伯反射，若假定反射光各向同性地扩散，则以下的近似式成立。

[数式4]

在此，由于能够在事先调查照射光强度ii、皮肤的平均反射强度μ，因此通过对距离d进行求解而能够掌握图像的各像素的距离。其中，照射光量和受光光量作为图像的亮度值而进行检测，但若直接将ii作为亮度值来测量，则由于通常亮度饱和，因而由衰减率为已知的滤波器使照射光量ii物理地衰减的状态下拍摄该影像，并实施使光量ii增加衰减的量等校准。或者，也可以构成为，在装置内搭载对照射光ii直接进行反射的反射镜等，能够经由上述的衰减率为已知的滤波器直接观测照射光ii。通过该方法，能够从所遮罩的手指的亮度值获得距离图像。

此外，也可以同时设置能够准确地测定距离的摄像机和本实施例的摄像装置来拍摄手指，大量地收集将距离的正解标签分配给各像素的学习数据，基于例如randomforest等的机器学习，从红外反射图像求取手指的距离图像。

但是，实际上由于外部光等的影响，也有可能会拍摄到比设想更亮的影像的可能性。在该情况下，在距离d的绝对值中包含误差。因此，通过求取以位于图像的任意的位置处的被摄体的距离为1的、相对距离分布，也能够掌握被摄体的立体结构。此外，事前生成图像的亮度值与距离值的粗略的变换表，根据位于所述任意的位置处的被摄体的像素中的亮度值来读取该距离值，通过将该距离值与图像整体的相对距离值相乘，也能够得到粗略的距离图像。

接着，对于手指的姿势探测(s505)，叙述与实施例1的差异。在此，也可以使用上述的获得距离图像的方法来实施与实施例1相同的处理，但作为更简便的方法，示出不将红外反射图像变换为距离图像而进行手指的姿势探测的实施例。

首先，将红外反射图像视为距离图像，通过实施例1的图6所示的方法来获得关心区域102。其中，反射图像的亮度值越高则视为距离越近。

首先关于手指的x轴方向的位置检测，如实施例1的图6所示那样，能够从将红外反射图像视为距离图像而决定关心区域时得到的x轴方向的坐标获得。此外关于手指的y轴方向的指尖的位置检测，能够通过图7所示的同样的方法来获得。此外关于与摄像机的距离(z轴的位置检测)，因为在反射图像的亮度与光源距离之间逆平方定律成立，两者之间存在关联，所以通过在事前调查使某光量值发光时的手指的平均亮度与摄像机距离的关系，能够生成从平均亮度向摄像机距离的变换表。然后在实施所输入的手指的轮廓检测时求取手指内部的平均亮度，并使用所述变换表从该平均亮度值计算摄像机距离。由此，在亮度值过亮的情况下能够探测手指过于接近摄像机，反之在亮度值过暗的情况下能够探测手指距离摄像机过远。虽然该值由于外部光的影响而变化，但是只要通过拍摄光源熄灭时的图像而掌握外部光所引起的亮度，通过减去该值便能够缓和外部光的影响。

关于横摆的检测，与图7所示的上述的方法同样地，求取手指的中心轴121并实施旋转校正，使得该轴与图像y轴平行。

此外关于俯仰的检测，在图16中示出检测方法的一实施例。在该例中，设在指尖从摄像机远离的方向上发生了俯仰旋转。首先，针对在红外反射图像中拍摄的手指的切出图像300，朝向y轴计算平均亮度投影分布301。在此将坐标y的平均亮度投影分布表记为iave(y)。因为指尖远离摄像机，所以iave(y)是指尖附近的值较低。另外，由于反射图像伴随手指的细微的凹凸、血管的有无所引起的亮度变化，因此在iave(y)中也观测到细微的起伏。接着，计算以下的式7所示的相对距离dr(y)。

[数式5]

直线距离比例值d‘(y)＝wa(1/sqrt{lave(y)})，···(式5)

[数式6]

铅垂距离比例值d(y)＝d′(y)＾2-wb(y-yc)＾2，···(式6)

[数式7]

相对距离dr(y)＝d(y)-d(yc)，···(式7)

其中，yc为手指的切出图像300的y轴的图像中心坐标，wa为任意的比例系数，wb为后述的校准系数，sqrt{x}为x的平方根。此外，将与在从光源到坐标y的倾斜方向上前进的距离成比例的值设为d′(y)，将与从光源的高度到坐标y的铅垂方向的距离成比例的值设为d(y)(参照图16(b))。而且相对距离dr(y)为将坐标yc的铅垂距离定义为零时的各坐标y处的相对距离。

iave(y)为较小的值的坐标y的距离d(y)或者d′推定为较远。但是如图16(b)所示那样，若在摄像机前水平地放置平面板，则从平面板的平均亮度投影分布302计算出的d(y)应该与y无关而成为固定，但是亮度值在距光源较远的y坐标处变暗，因此d′(y)变化。在此若距离根据y坐标而变化则很不方便，因此通过式6将距离d′(y)变换为距离d(y)。在式6中包含参数wb，其在事前决定使得将水平的平面板遮罩在摄像机前时d′(y)与y无关而成为固定值。

图16(c)示出了计算的流程。首先，如式5所示从iave(y)得到d′(y)(图中未记载纵轴)。接着使用式6、式7将其变换为dr(y)。然后，通过最小二乘法对所得到的dr(y)进行直线近似，获得手指的推定俯仰直线303。最后求取该直线的倾斜度。此时的倾斜度成为所推定的俯仰角，在该角度大于固定值的情况下，对俯仰的偏离进行警告或者通过实施例1中详述的俯仰校正的方法将红外反射图像进行标准化。

最后关于滚动，根据手指的关节的朝向、轮廓的形状来推定滚动的有无及其旋转方向。具体而言，大量地收集旋转角为已知的手指的旋转图像，通过例如卷积神经网络对此进行学习之后推定未知图像的滚动角。使用其结果，在旋转角度超过固定值的情况下发出警告，或者通过实施例1中详述的滚动校正的方法将红外反射图像进行标准化。

通过以上的方法，从而无需获得被摄体的距离图像，便能够推定手指的姿势，求取从标准姿势的偏离量，并能够利用其结果对利用者进行引导或者对图案进行校正。

图17是通过红外光源的遮光区域而判定为被摄体的距离较近的认证装置结构的一实施例。在搭载于输入装置2的摄像装置9的上部，配置有遮光板320使得包围摄像装置9的外周。遮光板320设置为隐藏配置在圆周上的红外光源31的内侧，对红外光的一部分进行遮光。此时，若手指1接近输入装置2，则如图示那样产生光达不到的区域321。此时若观察图像，则会拍摄到摄像装置9的中心附近较暗而其周围较亮的图像。因此，定义以图像中央为中心的半径不同的双重圆，通过对内侧的圆与由内侧的圆周和外侧的圆周包围的区域的平均亮度进行比较的方法等，来检测图像的中心较暗而其周边较亮的状况。在检测到该状况的情况下能够判定为手指过近，对利用者进行警告。另外，通过测量中央较暗的区域的面积或者半径，也能够推定手指与摄像机的距离。

接着，对实施例2中的特征提取处理(s510)详细进行叙述。在本实施例中由于仅得到红外波长的反射图像，因此不能实施上述的实施例所示那样的针对多个波长的图像处理。因此，提取在近红外的反射图像中容易映现的静脉图案、关节皱纹图案、手指轮廓形状作为特征量。首先，为了提取静脉，应用将手指的长边方向的线较强地增强并且去除噪声的钝化掩模。由此增强在手指的长边方向上行进的倾向较强的静脉图案，进一步模糊其他的信息。通过从该图像实施作为现有技术而一般利用的指静脉图案的提取处理，从而能够从红外反射图像提取高效并且稳定的指静脉图案。接着，应用对手指的与长边方向正交的方向的线较强地增强并且去除噪声的钝化掩模，使得增强关节皱纹图案。然后若同样地提取图案，则能够提取特别是关节皱纹的线图案。由于该线图案的形状、第一关节与第二关节之间的距离具有个人性，因此能够有效用作认证信息。此外手指轮廓信息能够通过上述的实施例所示的手指轮廓检测处理来同样地获得。通过该处理，能够获得静脉、关节皱纹、手指轮廓的多个模态(modality)的生物体特征。

获得这些信息并登记为多个生物体图案，分别独立地进行对照或者使它们的位置关系具有制约的同时进行对照，最后通过一般的多模态生物体认证的技术将各模态的对照结果进行融合而得到最终的认证结果。由此，使用单一波长的图像的同时也能够实现高精度的认证。

此外，作为与被摄体的距离测量相关的其他实施例，也可以实施连续地对被摄体进行拍摄的同时测量被摄体的立体结构的方法。首先，在开始拍摄时系统对利用者进行引导使得将手指沿各种方向朝向输入装置移动，并连续地拍摄该影像。若通过模板匹配、以sift开始的特征点匹配对在拍摄到的影像中被摄体如何进行了移动进行检测，则能够测量该被摄体的三维形状。这是一般被称为structurefrommotion(sfm)的技术，由此能够获得被摄体表面的立体结构。但是，在手指屈伸的情况下，需要进行实施对应于非刚体的特征点对照等对应。

这样，在使生物体移动的方法中，即使为在某特定的姿势下无法观察的背面的生物体特征，若通过移动而使得能够拍摄则从该移动量和三维结构的信息也能够获得立体的生物体特征，因此能够在生物体的移动中实现较强的对照。

实施例3

图18是作为第三实施方式的、由发出可见光的光源和一个彩色摄像机构成的反射非接触生物体认证装置的一实施例。

在彩色摄像机340的周围排列有多个可见光源341，在摄像机的透镜搭载有阻断红外光的低通滤波器342。可见光源341的波长例如对于蓝在450nm附近、对于绿在550nm附近、对于红在620nm附近具有发光强度的峰值，能够单独地调整各波长的发光强度。

认证处理过程与上述的实施例2相同。作为与实施例2的差异，在于如下方面：使用彩色摄像机而并非红外摄像机；所拍摄的图像使用多个波长的可见反射图像而并非单一波长的红外反射图像。在此，对本实施例特有的处理详细进行叙述。

在本实施例中，与前述的实施例不同，能够用rgb的彩色摄像机对生物体进行拍摄。可见光与红外光不同，具有难以到达生物体表面的深部的特性，但另一方面能够处理多个波长，因此能够根据皮肤表面的生物体组织的光学特性拍摄许多的生物体信息。

在皮肤组织中，存在指纹、表皮的皱纹、指关节的皱纹、黑色素、毛细血管中的血液、动脉、静脉、皮下脂肪等各种生物体特征，光的吸收率、反射率分别不同。因此，通过在事前调查各生物体组织的反射特性，照射多个可见光并同时进行观测，能够独立地提取各生物体组织的信息。作为其方法，能够使用通过针对rgb的三个图像的独立成分分析来分离黑色素和血液的方法、多层生物体测量技术。此外，在红色的图像中容易观测静脉，在绿或蓝的图像中容易观测指关节，因而通过两图像的差分或者以任意的比率进行除法运算等的组合，能够从红图像去除指关节成分从而仅获得更纯粹的静脉图像，因此能够更明确地测量生物体特征。

这样，在使用3波长的光源和彩色摄像机的反射非接触测量中，通过红外光能够获得难以观测的生物体信息，因此能够得到能够提高认证精度的效果。

另外，在能够利用不仅是可见光还能够拍摄红外线的摄像机的情况下，不言而喻，除了rgb的光源之外，还能够追加红外光源来进行拍摄。由此，能够拍摄存在于生物体表面的深部的静脉等的信息，能够增加能够用于认证的生物体特征而提高认证精度。

此外，在本实施例中也能够应用在上述的第二实施例中示出的基于逆平方定律的被摄体的距离测量。但是，在本实施例中光源存在三个波长，因而能够独立地计算各自的距离。例如，对于照射的三个波长的光，分别在事前求取平均的皮肤的反射特性，用彩色摄像机同时拍摄各自的反射光。此时，如式4所示由基于反射的衰减与基于被摄体的距离的衰减的关系，对各波长中辐射的光强度与观测到的光强度的关系进行描述。若基于反射的指表面上的光的平均衰减为已知，则仅被摄体的距离成为未知数。由此，针对三个波长求取被摄体的距离。三个波长下的距离测量的结果由于外部光、测量误差等的影响而不同，但基本上可预料到成为正解值的附近。为了使其误差平均化，将所得到的三个距离值进行平均化而设为最终结果。由此，与仅由上述那样的红外光推定的距离值相比，能够缓和误差的影响，因而能够实现更准确的距离测量。

实施例4

图19是作为第四实施方式的、智能电话或者平板中的反射非接触生物体认证装置的结构的一实施例。智能电话360在彩色液晶面板361的上方具备内拍摄像机362和在其背面具备外拍摄像机363，在外拍摄像机363的附近搭载有用于闪光拍摄的闪光投射用白色光源364。内拍摄像机362以及外拍摄像机363是能够拍摄可见光的彩色摄像机，在内部搭载有阻断红外光的光学滤波器。此外，还搭载有对焦调整功能、曝光调整功能。

该实施例中的认证处理过程基本上与上述的实施例2相同。作为与实施例2的差异在于如下方面：存在不能利用反射光源的情况；存在事前不能掌握摄像机的灵敏度特性、光源的波长谱的情况。在此，对本实施例特有的处理详细进行叙述。

首先，对被摄体的拍摄处理和距离测量、手指的姿势探测进行叙述。关于被摄体的距离测量、姿势探测和生物体特征的提取处理，与上述的第三实施例所示的方法同样地，能够利用使用彩色摄像机来提高距离测量的精度的方法、提取皮肤内部的多个生物体特征的方法。此外，也能够事前单独地登记手掌侧的手指的颜色，将该颜色有效用于手指区域的检测。

另一方面，在由能够利用闪光用的白色光源的外拍摄像机363拍摄生物体时，在事前能够掌握白色光源的发光光谱的情况下能够掌握生物体的特征量的测量中的校准、距离测量中的各波长成分的发光强度，因此能够提高手指区域的探测、距离测量、生物体的特征提取等的精度。

此外在使用内拍摄像机362的情况下，由于液晶面板361位于面对所遮罩的生物体的位置，因此也可以将液晶面板用作生物体拍摄用的光源。由此，通过与上述的实施例3中示出的使用rgb的可见光源的装置同样的方法，能够实现被摄体的距离测量、生物体测量。此外，液晶面板能够控制面状的发光，因此能够任意地设定光源位置，例如仅使面板的上半面点亮来拍摄，接着仅使下半面点亮来拍摄等。因为发光的位置是已知的，所以在本发明的结构中也可以通过光度立体视觉的技术来获得被摄体的立体形状。

但是，液晶面板的光强度与led等发光元件相比一般较弱，可以想到不能以充分的强度照射被摄体的可能性。因此，需要利用分布在认证装置的周围的环境光来实施拍摄。在该情况下，由于环境光不能确定光源的位置，因此难以实施基于图像亮度值的强度的距离测量。此外光的光谱分布也根据环境而不同，因而难以使用颜色信息获得静脉、黑色素、脂肪纹等生物体信息。因此，将所拍摄到的手指图像分解为rgb各颜色平面的图像，针对每一个图像求取平均亮度，在比给定的阈值暗的情况下不利用该颜色平面的图像而舍弃，针对判定为足够亮的颜色平面的图像，如上所述实施静脉的增强滤波、指关节的增强滤波等，从而能够获得多个生物体特征。

此外，在能够检测到手指的关节的情况下，其位置能够较浓地观测到血红蛋白的颜色，所以通过取得手指的关节与其周围的颜色之差，能够提取血红蛋白的颜色。此时，事前在各种各样的环境光中观测一般的血红蛋白的颜色，作为rgb空间、hsv空间等颜色空间信息来表现。然后，对从当前的图像能够掌握的血红蛋白的颜色空间信息与事前准备的各种血红蛋白的颜色空间信息进行比较，与最类似的颜色空间信息关联的环境光能够推定为当前的环境光的光谱。也可以通过该方法来推定环境光，并有效用于前述的指区域检测、生物体测量。

此外关于手指的姿势探测，在上述的第二实施例中以从接近摄像机的位置照射有反射光为前提，能够推定手指的位置，但在本实施例中，特别是在实施使用了内拍摄像机362的拍摄的情况下并没有光源，因而无法利用该前提。因此，作为手指的姿势探测的一实施例，利用如下方法，即，使用颜色信息、图像的边缘信息来检测图像中拍摄的手指的区域。

首先，与能够作为学习数据计算距离信息和手指的姿势信息的距离传感器等一起，使用该实施例的智能电话的摄像机来拍摄手指。由此，对由智能电话的摄像机拍摄到的图像，标记距离信息和姿势信息的正解值。此时，手指的种类数量、姿势的种类数量、图像张数尽可能多地获得。接着，使用一般的机器学习，实施用于仅通过智能电话的图像来推定手指的距离信息、姿势信息的参数学习。例如，为了得到某坐标的像素的距离信息、姿势信息，将其像素值的肌色成分的强度和附近的图像边缘量用于评价值的同时，基于随机森林来学习。然后，将智能电话的图像投入到学习后的随机森林并进行遍历，按每个像素分类到背景区域和手指内部区域的任意一者，进而若是手指内则判定此处是指尖、根部、还是关节部分等。此外同时也推定距离值。距离值的推定结果由于噪声等的影响按每个像素会产生偏差，因此也可以实施处理使得在空间上变得平滑。

这样，若能够分离手的内部区域和背景区域，则通过将背景部分涂黑，能够如上述的第二实施例所示那样应用不伴随距离测量的基于反射图像的亮度值的手指的姿势探测的方法。因此，通过组合在上述的第三实施例中示出的生物体特征的提取方法，能够实现认证处理。

图20是用本实施例中的外拍摄像机拍摄手指的引导方法的一实施例。利用者用把持装置一侧的手380握住智能电话，对另一侧的手指1进行拍摄。此时，在液晶面板361上描绘有手指轮廓引导381，利用者对手指进行拍摄使得与该引导一致。系统实时地计算手指的姿势信息，在进入允许范围的时间点进行拍摄，基于该图像提取生物体特征量来进行认证。此时，如图所示若在手指轮廓引导381中明示手指的根部的位置，则容易调整摄像机与手指的粗略的距离。这样的显示能够应用于本发明的任意的实施例。

在产生了位置偏差的情况下，也可以如在上述的实施例中示出的那样，通过箭头等视觉性手段来引导位置偏差方向，或者利用搭载于智能电话的扬声器、振动元件，通过声音、振动功能来通知手指的偏离。特别是关于摄像机与生物体的距离，难以进行画面上的引导，若通过位置偏差越大则将振动功能的振动量设得越强、或者将从扬声器发出的引导声音的音量设得越大等来进行引导，则能够直观地实施位置对准。

图21是能够由单手操作实施的用外拍摄像机拍摄手指的引导方法的一实施例。利用者如图所示用单手握住智能电话，首先系统指示用指尖挡住外拍摄像机363。利用者用手指1挡住外拍摄像机363。若认证系统探测到这一情况，则接着在画面显示手指轮廓引导381，提示将手指向后弯的意思使得手指较远以拍摄。利用者如图21所示握住智能电话360的同时按照引导使手指离开外拍摄像机363而向后弯。

此时，如液晶面板361所示，手指1以倾斜的状态映现。若探测到该状态，则系统实施拍摄处理、认证处理。通过应用该引导方法，从而即使单手也能够容易地实施手指的位置对准，能够实现智能电话中的本发明所记载的生物体认证。

此外，也可以诱导进行保持手指1向后弯的状态不变而轻轻摇晃智能电话360的操作。此时，若拍摄连续图像，则遮罩的手指1保持不变在相同的位置观测到，而映入到影像中的不必要的背景400随着摇晃动作移动。因此，按每个像素来判定有无移动，将无移动的区域视为手指区域，将其他区域视为背景区域，由此能够实施手指的区域检测。根据该方法，能够通过简单的图像处理来准确地检测手指区域，能够提高认证精度。

图22是利用了内拍摄像机的情况下的引导方法的一实施例。内拍摄像机大都被设定为在许多情况下容易对面部进行拍摄，而难以拍摄液晶面板附近的手指。在该情况下会使手指在空中隔开距离来遮罩，由于液晶画面被手指遮挡，因而难以进行确认。因此，引导为将手指置于液晶面板的给定位置，然后向空中移动手指。

首先，若开始认证，则如图22(a)所示在画面显示设置手指的意思的引导420和用于放置手指的手指位置引导421。在本实施例中放置手指的朝向设为了左斜上的方向，但也可以按照习惯手来改变朝向，此外也可以沿正横向的方向遮罩。接着利用者对准此处放置手指。液晶面板361为触摸面板，因而若探测到在指定的位置放置有手指，则接着如图22(b)所示，显示将手指向空中抬开的意思的引导422。此时，由于手指向左斜上放置，因此为了容易看到引导而在画面左下显示将手指向空中抬开的意思的引导422。但是，也存在画面被手指覆盖的可能性，因而也可以同时使用基于声音的引导。利用者根据该引导将手指向空中移动。于是，如图22(c)所示，手指进入摄像机的视场角。若系统探测到这一情况则实施拍摄。

开始设置手指的引导421的位置具有将手指诱导至容易进入视场角的位置的效果。此外，在想要拍摄多个手指的情况下也可以将该引导421设为多个手指的手指轮廓。此时，若进行诱导使得将手指打开为适当的角度，则能够得到容易同时拍摄多个手指的效果。通过这样的引导方法，即使在使用内拍摄像机的情况下也能够实现上述实施例的认证处理。

作为其他的引导方法，进行诱导使得用指尖反复轻敲内拍摄像机或者内拍摄像机附近的液晶面板，并通过触摸面板或者内拍摄像机的亮度的变动来探测轻敲。此时也能够以连续帧进行拍摄，通过基于手指轮廓的宽度的测量等的距离测量单元来检测手指的距离适当的情况，从在适当的距离拍摄到的手指图像，进行生物体的特征提取并实施认证。

基于这样的轻敲的诱导方法除了是比较简单的操作以外，还具有如下等效果：能够容易地诱导手指的位置；无需在空中使手指静止，因而位置对准变得容易；以及生物体与摄像机的距离始终变化，因而存在生物体到达适于拍摄的距离的定时，能够以适当的对焦拍摄生物体。

另外，本实施例所示的智能电话提及了搭载有在当前时间点广泛普及的内拍摄像机、外拍摄像机的情况。不言而喻，只要在智能电话或者平板搭载有能够拍摄位于液晶面板附近的手指的摄像机、红外摄像机、多光谱摄像机、距离摄像机等，也可以有效利用这些摄像机如上述的实施例那样实施距离测量、手指的姿势检测处理、认证处理。此外，本实施例并不限定于智能电话，即使为平板、便携式游戏机也能够同样地实施。

此外，也可以面向空中的位置对准困难的利用者，具有与摄像机保持一定的距离而能够载置手指的手指放置台，能够嵌入到智能电话或者平板的台座来进行认证。例如在行政服务窗口或者银行窗口等，有时作为普通用户能够简单地操作的终端而设置固定式的平板。在该情况下，便携性并不是特别问题，因而通过组合设置前述的台座和平板，从而不需要专用的认证装置，还能够通过简单的操作来实施认证。

实施例5

图23示出了将上述的第一至第三实施例所示的认证装置应用于视频游戏的实施例。

图23(a)在电视440的上部设置用于探测玩家的身体的姿势来操作游戏的运动捕捉装置441，其中具备认证用的输入装置2。由此拍摄利用者的手指1，实施认证。利用者使用运动捕捉装置441或者另外准备的游戏控制器等来操作游戏，但其中输入装置2探测利用者的手指并实施认证。认证时可以在电视440显示引导，或者也可以使用扬声器等进行声音引导。

图23(b)是在电视游戏的控制器442搭载有输入装置2的实施例。利用者握住控制器442来进行游戏操作，在此安装有认证用的输入装置2，能够用于上述那样的游戏控制、对项目的计费的结算。

图23(c)是搭载于便携式游戏机的一实施例。在便携式游戏机443的中央部分具备认证用的输入装置2。认证方法与上述的实施例4所示的向智能电话的搭载的例子相同。

在上述的各游戏机中，能够实施下面示出的认证应用。首先，能够简单地实现如下内容，即，识别实施游戏时的用户并自动地读出保存数据，或者实施针对游戏机或者网络上的内容的访问控制，或者管理并限制游戏的玩游戏时间。此外，能够根据认证的结果使游戏角色的各种参数变化，或者对付费项目等的计费进行自动结算。特别是，还能够根据登记数据与输入数据的类似度来控制游戏角色的特性，例如增加角色的移动速度或者增强攻击力，也能够作为游戏控制的一接口来利用。

此外，若登记了多个手指，在认证时仅出示一个手指，则能够根据所出示的手指的种类来划分功能。例如，如果是动作rpg游戏，那么出示食指时为打击系统的攻击，出示中指时为基于魔法的攻击，若为无名指则是基于魔法的体力的恢复等。现状下这样的动作的切换是在菜单画面进行选择，或者使用多个输入键来输入复杂的指令，通过本实施例能够简化这些操作。此外，若将沿着出示的手指的中心轴的手指的外周的生物体信息单独进行登记，则通过在输入装置出示手指并使手指绕轴中心进行滚动，能够分别和与出示的滚动角度对应的登记数据进行匹配。据此，能够根据所匹配的登记数据来检测手指的滚动角度，因此能够将该操作有效用作对游戏的接口。例如，能够实现根据手指的滚动角度使赛车游戏中的引擎的转速模拟地变化等。

实施例6

图24是在步行的同时仅遮罩手指便能够进行认证的步行通过门禁(walkthroughgate)中应用了本发明的认证装置的一实施例。

利用者在接近认证门禁460时如图所示使手指1靠近输入装置2。输入装置2连续地拍摄影像，探测手指的姿势的同时高速地实施认证。若认证成功，则挡板461打开，使得利用者能够通行。手指的引导能够通过液晶画面462或者扬声器463来实施。在液晶画面462中，不仅是手指的引导，还可以显示认证结果、出入门禁时实施的计费的结果等。

登记既可以在该认证门禁460实施并在门禁内部搭载cpu和存储器而保存登记数据，此外也可以在不同场所设置搭载有输入装置2的登记终端，将登记数据经由网络转送到认证门禁460。此外，登记数据也可以保存于另外设置的服务器等。此外，认证既可以在认证门禁内部实施，也可以将图像转送到服务器，在服务器上实施。此外，也可以在认证门禁460搭载无线通信用的设备，利用者通过门禁时携带无线ic标签等，将保存在无线ic标签内的登记数据转送到认证门禁460上实施认证。

根据本实施例的结构，由于是反射非接触的认证装置，因此即使在步行的同时粗略地遮罩也能够进行认证，能够提高门禁的吞吐量。此外，通过应用上述实施例中的基于光源的闪烁的差分图像的方法和曝光调整功能，从而即使在屋外也能够实施拍摄，能够扩大装置的应用范围。

另外，在允许设置大规模设施的入场门禁等比较大的装置的情况、在重要管理设施等中严格地管理安全性的情况下等，除了本发明的反射光方式的认证装置之外，也可以设为组合了一般的透过光方式的装置的混合动力的认证装置。

在图25中示出透过/反射双方式的装置结构的一实施例。图25(a)是在门禁用认证装置480垂直地配置有透过光源481的结构。若利用者从附图右侧遮罩手指1，则透过光源481和反射光源482同时照射光。透过光源481照射红外光，反射光源482照射绿和红的可见光。在此设绿、红和红外的波长分别为550nm、620nm、850nm。摄像装置9为具有红外灵敏度的rgb彩色摄像机，同时对透过和反射的光进行受光。此时，根据摄像机的分光灵敏度特性，上述三个波长的亮度成分能够如下记述。

[数式8]

ir＝i550*wr(550)+i620*wr(620)+i850*wr(850)···式8

[数式9]

ig＝i550*wg(550)+i620*wg(620)+i850*wg(850)···式9

[数式10]

ib＝i550*wb(550)+i620*wb(620)+i850*wb(850)···式10

另外，记号的定义与实施例1的式1～式3所示的相同。通过对该联立方程式求解，能够获得反射光分量的i550和i620、以及透过光分量的i850，能够使用各图像来实施认证。另外，也可以分别各搭载一台摄像机使得能够单独拍摄透过光和反射光，此外还可以以分时的方式切换照射的光源，但是前者存在成本增加的课题，后者存在帧速率下降这样的课题。因此如本实施例中示出的这样用一台摄像机同样拍摄不同波长的光并进行分离处理的方法能够低成本且高速地拍摄。此外在该实施例中由于遮罩手指的场所是开放性的，因此即使为初次的利用者也能够简单地操作。

此外图25(b)是在装置内的空间出示手指的方式。将手指1放入红外光源481与摄像装置9之间，从上方照射透过光，并从下方照射反射光，由此能够拍摄透过图像和反射图像。手指可以从附图右侧向左侧插入，但也可以如附图下段所示从装置侧面移动手指而进入。此时装置侧面敞开使得不妨碍手指的移动。此外，在进行输入的侧面侧，在相互稍微错开的位置设置有多个光敏传感器483。该光敏传感器在手指通过正下方时会反应，从图示的四个传感器的反应时间的定时的偏差和传感器间的距离，能够感测手指的移动速度、手指的角度等。接收此情况，瞬间预测手指通过摄像机的中央的时间，摄像装置9在适于拍摄的定时拍摄手指。此时，将曝光时间取得极短使得不会产生手指的移动所引起的图像的抖动，此外光量也与之相应在短时间极强地照射。通过该方法，仅通过使手指高速地通过，便能够瞬间地认证。

在本实施例的任一方式中，能够获得透过光和反射光的双方的生物体特征，因此能够期待精度提高和防伪性的提高。此外，通过透过光能够获得清晰的指静脉，通过反射光即使在将生物体遮罩在透过光不能照射的位置的情况下也能够稳定地实现认证，因此也能够得到利用者能够更简单地利用认证装置的效果。

实施例7

图26是将本发明的认证装置应用于鼠标的一实施例。在鼠标500中搭载有左按钮501和右按钮502，此外在中央部搭载有滚轮503。而且上述的认证用的输入装置2在滚轮503的附近，设置在鼠标500的中央部。鼠标500的形状匹配手指的形状而成为曲线，从指尖侧到鼠标中央部的倾斜与从鼠标中央部到手掌侧的倾斜的倾斜度相反。在握住鼠标500时。手指1和输入装置2的距离靠近，若通过鼠标的倾斜的关系性而使手指1如图所示笔直地伸展则容易得到拍摄所需的与摄像机的拍摄距离，能够拍摄足够的范围。另外，在图中伸展了食指，但不言而喻，通过伸展中指等其他的手指，能够拍摄这些手指。此外输入装置2也可以搭载于鼠标的左按钮501或者右按钮502。

该伸展手指的操作能够在握住鼠标的状态下简单地进行，因此在操作pc时的各种状况例如pc登录时的本人确认、网络结算时的本人确认、每个应用软件的用户访问权的确认等中，能够不损害用户的便利性而在自然的pc的操作中实现。

另外，上述所有的认证装置均以手指为例进行了记载，但只要是生物体的皮肤可以是任意的位置，例如能够应用于面部、耳部、手掌、手背、手腕、手臂、头部，脚部等任意的位置。在该情况下，需要根据每个部位进行最佳的姿势探测处理，但不言而喻，通过在大量地收集教师数据之后进行机器学习的方法等能够实现。

附图标记说明

1···指，2···输入装置，3···光源，9···摄像机，10···认证处理部，11···中央处理部，12···存储器，13···接口，14···存储装置，15···显示部，16···输入部，17···扬声器，18···图像输入部，21···装置壳体，31···红外光源，32···可见光源，33···带通滤波器，61···红外光的反射图像，62···指静脉，63···绿光的反射图像，64···指纹，65···关节皱纹，66···脂肪纹，100···距离图像，101···投影亮度分布，102···手指的关心区域，103···权重系数，104···投影分布的最大值，120···手指轮廓，121···手指的中心线，122···指尖，140···法线向量，150···关节，151···关节的推定位置，152···手指的节的中心轴，160···手指的剖面，161···椭圆，162···椭圆的长径，163···关注像素，180···手指轮廓引导，181···引导消息，182···指移动指示箭头，183···摄像机距离指示图标，184···旋转指示图标，200···反射图像，201···切出图像，220···指尖引导标记，221···指根部引导标记，240···食指，300···手指的切出图像，301···平均亮度投影分布，302···平面板的平均亮度投影分布，303···手指的推定俯仰直线，320···遮光板，321···光达不到的区域，340···彩色摄像机，341···可见光源，342···低通滤波器，360···智能电话，361···彩色液晶面板，362···内拍摄像机，363···外拍摄像机，364···闪光投射用白色光源，380···把持装置一侧的手，381···手指轮廓引导，400···不必要的背景，420···手指设置引导，421···手指位置引导，422···手指抬开引导，440···电视，441···运动捕捉装置，442···控制器，443···便携式游戏机，460···认证门禁，461···挡板，462···液晶画面，463···扬声器，480···门禁用认证装置，481···透过光源，482···反射光源，483···光敏传感器，500···鼠标，501···左按钮，502···右按钮，503···滚轮。