个人认证装置及方法

专利名称：个人认证装置及方法
技术领域：
本发明涉及采用生物体的个人认证装置，尤其涉及利用对透射过生物体的光进行拍摄而得到的血管图案来进行认证的技术。
背景技术：
近年来，针对个人信息的安全受到重视。作为保护安全的个人认证技术，生物体认证(biometrics identification)受到关注。生物体认证是采用人的生物体信息进行认证的技术，便利性和保密性良好。作为过去的生物体认证技术，已经公知有采用指纹、虹膜、声音、人脸、手背的静脉或者手指静脉的认证。其中，在采用静脉的生物体认证中，由于采用生物体的内部信息，因而抗伪造性良好。下面，说明采用血管图案的生物体认证、尤其是手指静脉认证装置。手指静脉认证装置向手指照射红外光。红外光在手指内部散射后向外部透射。并且，手指静脉认证装置对透射到手指的手掌一侧的红外光进行拍摄。此时，血液中的血红蛋白相比周围的组织吸收更多的红外光。因此，透射到手指的手掌一侧的光具有因透过静脉部分而衰减的弱光、和从没有静脉的部分透出的没有衰减的强光之间的对比度差异。因此，在手指静脉认证装置拍摄到的图像中，在手指的手掌一侧的皮下分布的血管(手指静脉)可以被观察为暗影的图案(手指静脉图案)。手指静脉认证装置预先登记该手指静脉图案的特征，并求出在认证时所提示的利用者的手指静脉图案与预先登记的特征之间的相关性，由此进行个人认证。上述的拍摄透射光的方式的静脉认证装置能够拍摄对比度较高的鲜明的静脉图案，因而具有认证精度高、拒登率(FTER failure To Enroll Rate)低等优点。作为这种手指静脉认证的现有示例，例如公知有专利文献I记载的认证装置。该认证装置通过从手指的左右照射红外光来拍摄手指静脉图像。另外，在专利文献2中公开了从拍摄到的图像中去除手指的皱纹信息来提高认证精度的方案。现有技术文献专利文献专利文献I日本特开2004-265269号公报专利文献2日本特开2009-172064号公报
发明概要发明要解决的问题采用手指或手掌的静脉认证被公知是拒登率较低的认证，但是偶尔会存在不适合于静脉认证的手指等。不适合于静脉认证的手指是指不能鲜明地拍摄静脉图案的手指。在前面所述的血管图案认证中，在采用手指进行认证的情况下，拍摄透射手指的手掌一侧的皮肤的光。此时，如果手掌一侧的皮肤较厚，光在透射皮肤的过程中散射，因而静脉等的血管图案的对比度变弱。因此，不能拍摄鲜明的血管图案。另外，在拍摄血管图案时，有时手掌一侧表面的指纹的图案被摄入。这是因为光的透射率在指纹的隆起部分和谷底部分是不同的。指纹的皱纹越深，透射的光的光量的差异越大，因而加大了指纹图案的摄入。通常，干燥的手指或肌肤粗糙的手指的皮肤变硬变厚。因此，不能拍摄鲜明的图案。并且，干燥的手指或肌肤粗糙的手指往往指纹的凹凸变深。因此，导致在拍摄静脉时指纹也被摄入。因此，如果用这种手指进行认证，则精度下降。但是，过去的认证装置不具备评价利用者的手指是否是适合于静脉认证的手指的功能。因此，即使在登记了不适合于认证的手指的数据的情况下，利用者或管理者也不会注意到。因此，不能采取中断登记处理、用另一个手指重新进行登记步骤等对策。

发明内容
本发明的目的在于，提供一种能够评价手指对静脉认证的适合性的个人认证装置、个人认证系统、执行个人认证的运算装置，以便实现高精度的认证装置。用于解决问题的手段在本发明中公开的代表性的发明如下所述。本发明的特征在于，具有光源、对透射过生物体的光进行拍摄的摄像部、和根据由摄像部拍摄到的血管图案来执行认证的处理部，处理部根据基于摄像图像的生物体表面信息和血管图案中的血管信息，进行认证适合性评价。发明效果根据本发明，能够提供一种能够根据生物体表面的信息和血管信息，评价利用者对个人认证的适合性，并且立足于适合性评价结果的使用便利性良好的认证装置及系统。 并且，也能够从作为登记候选的生物体部位中选择最适合于认证的部位，由此能够实现高精度的认证。


图I是本发明的第一实施例的手指静脉认证系统的结构概况图。图2是表示第一实施例的数据取得装置形状的图。图3是说明第一实施例的按照程序而实施的登记处理的图。图4是说明第一实施例的按照程序而实施的认证处理的图。图5是说明第一实施例的按照程序而实施的光量调整处理的图。图6是表示用数据取得装置拍摄到的静脉图像的示例的图。图7是表示随着自登记起的时间经过一起变化的一致率的示例的图。图8是表示用数据取得装置拍摄到的静脉图像的示例的图。图9是说明第一实施例的按照程序而实施的手指的认证适合性评价处理的图。图10是说明第一实施例的按照程序而实施的皱纹等级计算处理的图。图11是说明第一实施例的按照程序而实施的血管等级计算处理的图。图12是表示第一实施例的皱纹等级和血管等级的计算方法的图。图13是表示第一实施例的皱纹等级的计算步骤的图。图14是表示第一实施例的血管等级的计算步骤的图。
图15是表示第一实施例的手指的认证适合性等级的计算方法的图。图16是表示用数据取得装置拍摄到的静脉图像的示例的图。图17是表示用数据取得装置拍摄到的静脉图像的示例的图。图18是说明第三实施例的按照程序而实施的登记处理的图。图19是表示登记日当天的一致率和手指的认证适合性等级的分布图的一例的图。图20是表示用数据取得装置拍摄到的静脉图像的示例的图。图21是说明第五实施例的按照程序而实施的认证处理的图。图22是表示随着自登记起的时间经过一起变化的一致率的示例的图。标号说明I手指；2静脉数据取得装置；3光源；4摄像部；6声音输出部；10认证处理部； IlCPU ; 12存储器；13接口(IF) ; 14存储装置；15电源部；17显示部；18图像输入部；19信息输入部；20开口部；21定位用突起；22遮光壁；23触摸传感器；24红外透射滤波器；26中指放置台；31光(光路)；32间隙；42光源3的照射轴；43手指放置台28的左端；100程序；220登记数据；240认证数据；98、99丙烯板；410摄像图像；413摄像图像；414摄像图像；416摄像图像；33认证阈值；45放置方式评价的阈值；S101手指出示检测；S103调整光量；S108图案提取处理；S109特征数据生成处理；S112对照处理；S114认证后的处理；S120 评价手指的认证适合性；S122提示适合性评价结果；S126保存登记数据；S130选择登记手指；S132提示登记手指选择结果；S140评价手指的放置方式；S142提示放置方式评价结果；S1031初始光量点亮；S1032拍摄图像；S1033计算平均亮度；S1035计算下一个光量值。
具体实施例方式下面，参照

本发明的实施方式。实施例I图1(a)是第一实施例的认证系统的结构图。本认证系统包括数据取得装置2、图像输入部18、认证处理部10、存储装置14、显示部17、信息输入部19、声音输出部6和电源部15，数据取得装置2是血管图像提取装置，用于取得包括生物体的静脉等的血管图案的图像。数据取得装置2为一个机箱，具有光源3、摄像装置4和手指放置台26。光源3例如是发出红外线的二极管(Light Emitting Diode :LED，发光二极管)，向在手指放置台26 上出示(放置)的手指I照射红外光。摄像装置4拍摄所出示的手指I。图像输入部18将由摄像装置4拍摄的图像输入到作为处理部发挥作用的认证处理部10。另外，也可以构成为在图像输入部18中进行从由摄像装置4拍摄的图像提取血管图案像的处理，将所提取的血管图案图像输入到认证处理部10。并且，当然也可以构成为使该图像输入部18和数据取得装置2形成为一体，并作为血管图像提取装置，图像输入部18还可以与认证处理部10构成为一体。认证处理部10包括中央处理部(Central Processing Unit :CPU) 11、存储器12、 各种接口(Interface IF) 13。CPUll通过执行在存储器12中存储的程序100来进行各种处理。存储器12存储从图像输入部18输入的图像。并且，存储器12临时存储由CPUll执行的程序100。接口 13与认证处理部10的外部的装置连接。具体地讲，接口 13与数据取得装置2、存储装置14、显示部17、信息输入部19、声音输出部6、图像输入部18等连接。存储装置14存储利用者的登记数据220和程序100。图I (b)中的登记数据120 是用于对照利用者的信息，例如是血管图案的图像等。该血管图案的图像是将在手指的手掌一侧的皮下分布的血管拍摄为暗影的图案的图像。显示部17例如是液晶显示器等，显示从认证处理部10接收到的信息。信息输入部19例如是键盘、触摸板等，向认证处理部10发送由利用者输入的信息。声音输出部6是扬声器等，用声音发送从认证处理部10接收到的信息。电源部15是干电池或外部电源，提供用于驱动数据取得装置2或认证处理部10的电力。下面，主要说明生物体部位采用手指、血管图案采用静脉图案的示例，但不限于此，当然也可以采用手掌的血管图案，还可以采用其它生物体部位。在本认证系统中，在利用者将手指I出示到数据取得装置2上后，从光源3向手指 I照射红外光。光在手指I的内部散射，透射手指I的光入射到摄像部4。所入射的光通过摄像部4被变换为电信号，并作为图像被取入到认证处理部10中。所取入的图像被存储在存储器12中。并且，在存储装置14中保存的登记数据220和程序100被从存储装置14存储到存储器12中(图I (b))。CPUll按照在存储器12中存储的程序100，由输入图像生成认证数据240，并进行与登记数据220之间的对照。在对照处理中，计算被比较的两个数据之间的相关性，根据其值判定是否与登记的数据一致。利用该判定结果来对个人进行认证。 认证结果将在显示部17进行显示、或者从声音输出部6用声音进行通知。图2是表示第一实施例的数据取得装置2的外观的图。图2(a)是装置2的俯视图，图2(b)是将手指出示到装置2时的俯视图，图2(c)是图2(b)的A-A剖视图，图2(d) 是图2(b)的B-B剖视图。在装置2的框体上表面部设有手指放置台26，该手指放置台26构成用于利用者将认证对象的手指引导到摄像区域中的出示区域。在手指放置台26设有开口部20。此时，在使生物体部位接触手指放置台26时也能够容易进行定位，但是不一定需要接触，只要能够将手指出示到摄像区域内即可。 也可以在开口部20设置用于覆盖开口部20的红外透射滤波器24。通过设置红外透射滤波器24，能够防止除红外光之外的不必要的光进入装置内部。并且，能够防止灰尘或尘埃等异物进入装置内部。滤波器24也可以设置在约比手指放置台26低几毫米左右的位置，以使手指I与滤波器不接触。由此，能够防止血管图案由于手指的按压而消失或变形。 并且，能够防止污物附着在滤波器24上。在开口部20的正下方设有摄像部4。在出示了手指I后，由一个或者多个光源元件构成的光源3向手指I照射红外光。 该光在到达手指内部时向所有方向散射。在手指内部散射的光的一部分到达开口部20的上方附近，进而，其一部分从手指的内部朝向手指的外部行进。该光透过开口部20、滤波器 24被摄像部4拍摄到。该光从手指I的内部透射手指I的手掌一侧的表面，因而具有由于透过静脉部分而衰减的弱光、与从没有静脉的部分透出的没有衰减的强光的对比度差异。 因此，在拍摄该光时，在其影像中映出了位于开口部20的正上方的部分区域的手指静脉图案图像。由此，获得手指I的部分区域中的手指静脉图案。为了鲜明地拍摄位于开口部20的正上方的手指I的部分区域即被摄像部分的手指静脉图案，需要满足以下光学条件。首先，从手指外部照射到被摄像部分的皮肤表面的光的反射光不能被拍摄到，没有到达手指静脉所在的深度位置的散射光不能被拍摄到。在不满足该条件的情况下，不具有手指静脉图案的信息的光将使手指静脉部分与除此之外的生物体组织之间的对比度降低。另外，手指表面的皱纹等不需要的影像被鲜明地摄入，因而使得手指静脉图案不易观察。因此，在本实施例中，开口部20的大小小于手指I的宽度、长度， 利用者在出示了手指I时，开口部20被手指I完全覆盖。由此，能够防止不透射手指的光直接进入装置内部。也可以在装置2设置手指I的定位用的突起21。通过设置突起21，利用者将手指尖与关起21匹配地来出不手指(图2(d))。能够利用关起21防止手指I被放直在偏尚规定位置的位置。开口部20的位置在手指的出示区域内，但在利用者与突起21匹配地来放置手指时，优选能够拍摄手指的第一关节周围的位置。这是因为手指的关节部分的皮肤比除此之外的部分薄，容易拍摄静脉。也可以在手指放置台26的手指尖侧、手指根部侧分别设置触摸传感器23。由此， 能够检测到利用者的手指已被出示。在装置2设有作为静脉拍摄用的照明的红外光源3。红外光源3由一个或者多个 LED等光源元件构成。光源的设置位置在手指I的出示区域(手指的长轴方向)的左右侧。并且，关于设置的高度及角度，优选低于手指的高度的一半的位置。另外，此时光源的设置角度α取 0度< α <90度的范围，朝向斜上方照射光。如上所述，通过降低光源的设置位置，能够使装置变薄。并且，通过在手指的左右侧向斜上方倾斜设置，能够向手指的较高的位置照射光，因而能够拍摄鲜明的静脉图像。另外，优选光源的设置位置在手指I的手指宽度的外侧。由此，能够向手指I的上半面即手指的手背一侧照射光。如果将光源设置在手指宽度的内侧，则手指I的手指下半面即手指的手掌一侧被照射光，因而摄像图像的鲜明度降低。并且，光源的配置方式不限于左右侧，也可以是多个或一个，也可以配置在生物体的出示区域的上方(与机箱设置面相对置的位置)，还可以配置在所设置的生物体的出示区域的下方。另外，也可以配置在从用户侧观察时在所设置的生物体的出示区域的里侧。下面，使用图3来说明按照由CPUll执行的程序100而实施的登记处理步骤的一个实施例。在登记处理中，首先实施用于判定手指是否被出示到(是否已载置到)装置的摄像区域内的手指出示检测处理(SlOl)，在手指已被出示的情况下，实施用于从光源照射适当的光量的光量调整处理(S103)。在光量的调整结束后，进行图案提取处理(S108)、特征数据生成处理(S109)。然后，评价登记对象的手指对认证的适合性(S120)。换言之，CPUll是不仅作为特征提取单元、特征对照单元，也作为光量控制单元、评价手指对认证的适合性的单元而发挥作用的处理部。在评价手指的认证适合性后，认证装置向利用者提示评价结果(S122)。利用者观察所提示的评价结果，选择原样继续进行登记处理或者中断登记处理。在利用者选择继续进行登记处理的情况下，认证系统将通过特征数据生成处理(S109)而生成的特征数据保存在存储装置14中，登记处理结束。在利用者选择中断登记处理的情况下，将特征数据废弃，并结束登记处理。上述流程可以由认证处理部10执行，也可以与图像输入部分担处理，例如由图像输入部18执行SlOl S108的处理等。下面说明上述流程的详细情况。首先说明手指出示检测处理(SlOl)。手指出示检测处理是用于判定手指是否已被出示到装置2的摄像区域内的处理。关于判定的方法有采用被设置于手指放置台26的触摸传感器23或光传感器的方法、基于图像处理的方法、将触摸传感器和图像处理相结合的方法等。在此，说明基于图像处理的方法的一例。基于图像处理的方法不需要手指检测用传感器，具有能够减少部件数量、削减成本的优点。首先，使被用作手指静脉图案摄影的照明的前述光源3以一定周期闪烁。在装置2上没有放置任何东西的情况下，无论光源3点亮或灭灯，由于没有使光散射的物体，因而从光源3发出的光不会映入到摄像部4中。因此， 在进行光源3点亮的状态下和光源3灭灯的状态下的摄像部4的图像的比较的情况下，其亮度值没有大的变化。另一方面，在手指I被出示到装置上的情况下，从光源3照射的光通过手指I而散射并映入到摄像部4中。因此，光源3点亮的状态下和光源3灭灯的状态下的图像的亮度值产生较大的变化。因此，将在点亮时和灭灯时拍摄到的图像的变化量通过图像输入部18 发送到认证处理部10，由CPUll进行计算并保存，由此能够检测手指的出示。在检测到手指的出示时，从光源3输出照明用的光量。根据所出示的手指的粗细及皮肤的厚薄等，在拍摄静脉时需要的光量不同。因此，调整光源3的光量以便能够得到最鲜明的图像(S103)。在拍摄手指静脉时，在摄像图像的平均亮度值达到亮度灰度等级(階調)的中心附近的值的情况下，能够取得鲜明的静脉的图像。例如，在图像的平均亮度过低时，血管与除此之外的部分之间的对比度较差，因而不鲜明。相反在平均亮度过高时，产生饱和的部分，不能提取血管图案。即，在光量调整(S103)中，将亮度灰度等级的中央值作为目标亮度值来调整光量，使得摄像图像的平均亮度值接近目标值。作为这种光量调整方法， 在本实施例中采用始终监视图像的平均亮度值，根据其值对光量进行反馈控制的同时接近目标亮度值的方法。图5表示光量调整处理(S103)的流程图。在刚刚检测到手指的出示之后，使光源3以预先设定的初始光量值LO点亮(S1031)。预先测定在放置了标准的手指时能够拍摄目标亮度值的图像的光量值，将该值设定为初始光量L0。然后，用摄像部4拍摄图像 (S1032)。计算该图像的平均亮度值VO (S1033)。判别所计算的平均亮度值VO是否是目标亮度值(S1034)。在没有达到目标亮度值的情况下，再次设定下一个光量值，使光源3点亮 (S1035)。利用光量值与摄像图像的平均亮度值成比例关系这种特征，进行下一个光量值的计算。在再次设定光量值后，再次实施图像摄影(S1032)、平均亮度值计算(S1033)、平均亮度值的判定(S1034)。反复该流程，直到接近目标的亮度值。通过S1034的平均亮度值的判定，在达到目标亮度值的情况下结束光量调整。然后，实施血管图案的提取处理(S108)。血管图案的提取处理(S108)是从用摄像机4拍摄的图像中去除认证不需要的信息(噪声或皱纹等)，只检测血管图案部分的处理。 作为血管图案的提取方法有采用强调线段的边缘强调滤波器或匹配滤波器的方法、通过跟踪线段成分来提取线条图案的方法、提取图像的截面轮廓(profile)中的亮度值的局部凹陷位置的方法等。
然后，根据提取到的结果来生成特征数据(S109)。关于特征数据，能够采用将特征提取处理结果的图像本身作为特征量的方法、检测分支点或端点的方法等。在将图像本身作为特征量的情况下，为了减小数据大小，也可以对特征提取后的图像应用缩小处理。然后，进行登记对象的手指的认证适合性评价(S120)。认证适合性评价处理 (S120)是评价被出示到装置2上的手指I在多大程度上适合于手指静脉认证的处理。作为认证适合性的评价方法，有利用在光量调整处理(S103)的处理过程中或光量调整处理结束时用摄像机4拍摄到的图像的方法、利用通过特征数据生成处理(S109)而生成的特征数据的方法等。在利用用摄像机4拍摄到的图像的情况下，着重于摄像图像中的皱纹、噪声、污物、血管图案等来评价手指的适合性。在利用特征数据来评价认证适合性的情况下，着重于在特征数据内残留下来的皱纹、噪声、污物等和所提取的血管图案来评价适合性。虽然在特征数据处理(S109)中进行皱纹等的去除，但是很难彻底去除所有皱纹等。并且，也存在为了缩短处理时间而简化或省略皱纹去除处理的情况。因此，存在特征数据中也包含皱纹等的情况。基于这种原因，检测在特征数据内残留下来的皱纹等和血管图案来评价手指的适合性。在认证适合性评价处理(S120)中由CPUll计算的结果可以是有/无认证适合性这两种等级的结果，也可以是根据对认证的适合程度而分级为多个等级，判定属于哪个等级的结果。在手指的认证适合性评价(S120)结束后，认证系统向利用者提示评价结果 (S122)。在评价结果的提示处理(S122)中，将由CPUll评价的结果通过IF13传递给显示部17或者声音输出部6,从显不部17或者声音输出部6向利用者提不结果。利用者或认证系统的管理者根据所提示的结果，通过信息输入部19选择是否继续进行登记处理(S124)。例如，在被提示了不适合于认证的判定结果的情况下，能够根据利用者的判定来结束登记处理。在登记处理结束后，也能够再次开始登记处理，用另一个手指重新进行登记处理。有关是否停止登记处理的判定结果，由利用者使用信息输入部19传递给认证系统。在利用者选择了中断登记处理的情况下，认证系统将特征数据废弃，并结束登记处理。在处理S124，在利用者选择了继续进行登记处理的情况下，进入到登记数据的保存处理(SI26)。在登记数据的保存处理(S126)中，将通过特征数据生成处理(S109)而生成的特征数据保存在存储装置14中。另外，也可以在保存之前对特征数据实施加密处理。如上所述，通过评价手指的认证适合性并提示结果，利用者能够知道登记手指的特性。在判定为登记处理对象的手指是不适合于认证的手指的情况下，管理者或者利用者能够中断登记处理，用另一个手指重新进行登记。由此，能够防止不适合于认证的手指的登记，能够实现高精度的认证系统。或者，也可以将登记候选的所有手指依次出示在装置上并确认所有手指的适合性评价结果后，登记被判定为最适合于静脉认证的一个手指。由此，能够登记更加适合于认证的手指，能够实现高精度的认证。为了使利用者从登记候选的多个手指中选择更好的手指，优选在手指的认证适合性评价处理(S120)中计算的结果是被分级为多个阶段的结果。这样，能够区分质量来提示多个适合于登记的手指，能够使利用者选择容易使用的手指。下面，使用图4说明按照程序100而实施的认证处理步骤的一个实施例。在认证处理中，进行手指出示检测处理(SlOl)、光量调整处理(S103)、图案提取处理(S108)、特征数据生成处理(S109)。然后，实施与事前登记的特征数据之间的对照处理(S112)，判定是否已登记。在上述的认证处理的处理步骤中，手指出示检测处理(SlOl)、光量调整处理 (S103)、图案提取处理(S108)、特征数据生成处理(S109)这4个处理，采用与登记处理相同的方法。下面，说明对照处理(S112)。在对照处理(SI 12)中，将通过认证处理中的特征数据生成处理(S109)而生成的特征数据、与在登记时生成并保存的特征数据进行比较对照。在将图像本身作为特征数据的情况下，使各个图像彼此重合，实施各个像素值彼此的比较，并计算一致率。在将分支点或端点作为特征数据的情况下，将这些点的位置、个数、分支线的角度、相对距离等信息进行比较，由此计算一致率。使用此处得到的一致率，判定是同一手指还是不同手指。用于进行判定的认证阈值33能够事前通过统计而算出。在一致率高于认证阈值33的情况下判定为登记者，在一致率低于认证阈值33的情况下，视为出示了未登记的手指并拒绝认证。在判定为是登记者的情况下，作为认证后的处理，例如进行锁定的解除等(S114)。下面，说明手指的认证适合性评价处理(S120)。认证适合性评价处理(S120)是评价被出示在装置2上的手指I在多大程度上适合于手指静脉认证的处理。在本实施例中， 将“在自登记日起经过较长期间后进行认证时也不易产生本人拒绝的手指”称为适合于认证的手指。在此，说明适合于认证的手指的特征。在由静脉数据取得装置2拍摄到的图像中包括因时间经过或外部环境等而大幅变动的信息和不易变动的信息。例如，摄像图像中的指纹或皱纹、伤口的痕迹、附着在手指表面上的污物等生物体表面信息、以及摄像机的噪声等，是根据时间经过或外部环境的变化而变化的信息。皱纹随着时间经过皱纹自身的形状发生变化。另外，存在根据手指的放置方式或光的照射方式而被拍摄得不鲜明或清晰的情况。另一方面，基于血管图案的血管信息是手指的内部的信息，因而在时间经过时也不易变动。尤其是宽度较粗的血管或拍摄较深的血管基于时间经过的变动较小，不容易受到外部环境的影响。在用包括许多变动较大的信息(皱纹或指纹)的手指进行登记/认证时，由于登记时和认证时的特征的一致率变低，因而产生本人拒绝。相反，在用包括许多不易变动的信息的手指进行认证的情况下，由于登记时和认证时的特征的一致率提高，因而不产生本人拒绝。换言之，适合于认证的手指是指不易变动的特征多于变动较大的特征的手指。图6和图8表示适合于认证的手指和不适合于认证的手指的具体示例。图6表示在同一天用同一装置拍摄同一被检者的不同手指得到的静脉图像。图 6(a)的血管图案鲜明。而图6(b)的血管图案不鲜明。图7表示定期测定这两个手指的一致率的结果。在进行测定时使用的认证系统中，将认证阈值33设定为一致率74%的值，因而在一致率低于74%时，被判定为其它手指。根据图7可知，手指I和手指2双方的一致率随着时间经过而变化。但是，可知血管图案鲜明的手指I的一致率始终表示较高的值，手指I能够稳定进行认证。与此相对，手指2用圆圈(〇)包围的部位的一致率低于认证阈值33的74%，因而不能进行认证。由此可知，血管图案鲜明的手指不受时间经过和外部环境的影响，能够稳定地进行认证。另外，手指I的一致率的平均值是82%，手指2的一致率的平均值是73%。图8是不适合于长期使用的认证的手指的示例。图8(a)和图8(b)是拍摄同一手指得到的图像。两个图像的拍摄日期不同。图8(b)是自图8(a)的拍摄日期起经过了约I 个月以后拍摄的。在图8(a)的图像中清楚地摄入了皱纹和指纹的图案。但是，在图8(b) 的图像中几乎没有摄入皱纹。这是时间经过和外部环境影响的结果。图8(a)和图8(b)的图像的一致率是56%。在实施例I的认证装置中，将认证阈值33设定为一致率74%，因而图8(a)的手指和图8(b)的手指被判定为不同的手指。根据以上情况，如图8(a)所示只清楚地摄入皱纹的手指按照图8(b)所示而变化，因而不希望将其设为登记用的手指。根据上述的图6 图8的具体示例，可以说越是不包含皱纹等容易变动的特征的能够拍摄许多血管图案的手指，越适合于认证。因此，在手指的认证适合性评价处理(S120) 中，评价在登记时拍摄的图像中的皱纹和血管，并计算对认证的适合程度。在本实施例中，定义“皱纹等级”和“血管等级”这两个值。皱纹等级是表示摄像图像中的皱纹等的量和浓淡度(濃 )的值。在图像中越是多个皱纹被较浓地摄入的，皱纹等级越高。血管等级是表示摄像图像中的血管的量和浓淡度的值。越是多个血管被较浓地鲜明地摄入，血管等级越高。皱纹等级越高，该手指越不适合于认证。并且，血管等级越高，该手指越适合于认证。因此，在手指的认证适合性评价处理(S120)中计算的值(认证适合性等级)能够使用皱纹等级和血管等级表示如下。手指的认证适合性等级=mX血管等级_nX皱纹等级……(式I)如式(I)所示，通过将对认证具有不良影响的皱纹等级和对认证具有良好影响的血管等级组合起来进行评价，能够更正确地评价手指对认证的适合性。图9表示手指的认证适合性评价处理(S120)的处理步骤。首先，计算皱纹等级 (S310)，然后计算血管等级(S350)。最后，根据手指的认证适合性等级的式(I)计算认证适合性的评价结果(S370)。图10表示皱纹等级计算处理(S310)的处理步骤。皱纹等级计算处理(S310)是对在完成光量调整后拍摄到的图像实施的处理。首先，检测皱纹的中心位置(S311)，然后计算所检测到的皱纹的浓淡度(S313)。最后求出图像中的所有皱纹的浓淡度的总和(S315)。 下面，详细说明皱纹等级计算处理。首先，检测皱纹的中心位置(S311)。以图12(a)的图像为例，说明皱纹中心的检测方法。图12(a)是用装置2拍摄到的静脉图像的示例。图12(b)是图12(a)的图像中的直线xl-x2上的亮度值的曲线图。在图12(a)的图像中除了血管图案之外，也摄入了手指的皱纹等。在图12(a)的图像中，皱纹被观测为较细的黑线。图像中的黑色的细线对应于图12(b)的曲线图上的宽度较小的凹部。因此，为了检测皱纹，在图12(b)的亮度的曲线图上检测宽度较小的凹部即可。从图12(a)的图像检测皱纹的中心位置的结果如图13(a)所
/Jn ο然后，计算皱纹的浓淡度(S313)。在图12(a)的图像中被较浓地摄入的皱纹，其在图12(b)的曲线图上的凹部的深度较深。即，皱纹的浓淡度与皱纹的凹部的深度成比例。因此，在皱纹的浓淡度的计算处理(S313)中，计算通过皱纹检测处理(S311)而检测到的皱纹的凹部深度。图13(b)是将图12(b)的亮度的曲线图中的一个皱纹的凹部放大示出的图。 在本实施例中，如图13(b)所示，计算皱纹的中心点与距中心离开土Wl像素的左右点之间的亮度差，将该亮度差确定为皱纹的深度。在皱纹的浓淡度计算处理(S313)中，对图像中的所有皱纹求出各自的浓淡度即凹部的深度。最后，计算图像中的所有皱纹的浓淡度的总和，将计算出的值作为皱纹等级 (S315)。图11表示血管等级计算处理(S350)的处理步骤。首先，检测血管的中心位置 (S351)，然后计算所检测到的血管的浓淡度(S353)。最后，求出图像中的所有血管的浓淡度的总和(S355)。下2面，详细说明血管等级计算处理。首先，检测血管的中心位置(S351)。在图12(a)的图像中，血管被观测为较粗的黑线。较粗的黑线对应于图12(b)的曲线图上的宽度较宽的凹部的位置。因此，为了检测血管，在图12(b)的亮度的曲线图上检测宽度较宽的凹部即可。从图12(a)的图像检测血管的中心位置的结果如图14(a)所示。然后，计算血管的浓淡度(S353)。血管的浓淡度的计算能够采用与皱纹的浓淡度的计算(S313)相同的、计算皱纹的中心点与距中心离开固定距离的左右点之间的亮度差的方法(图14(b))。最后，计算图像中的所有血管的浓淡度的总和，将计算出的值作为血管等级 (S355)。下面，说明认证适合性等级计算的式(I)中的参数m和η的确定方法。手指的认证适合性等级以估计“在长期使用时不易产生本人拒绝的程度”为目标。因此，为了确定m 和n，事前收集作为样本的多个手指的登记图像和长期间的认证结果。根据所收集到的认证结果，计算各个手指不易产生本人拒绝的程度。不易产生本人拒绝的程度是指认证的成功率或认证时的一致率。然后，根据所收集到的登记图像，按照式(I)计算各个手指的认证适合性等级。调整m和η的值，使得所计算出的认证适合性等级与不易产生本人拒绝的程度之间的相关性变高。将相关性最高时的(I)的最终的参数值。通过将m和η调整为适当的值，能够提高手指的认证适合性等级与该手指不易产生本人拒绝的程度之间的相关性。由此，只需根据登记时的图像计算手指的认证适合性等级，即可估计登记手指不易产生本人拒绝的程度。下面示出了式⑴中的参数m和η的确定步骤的具体示例。在该示例中，为了确定m和η的值，收集了约40个手指的登记图像和长期间的一致结果(一致率)。首先，用图 2中的数据取得装置2拍摄登记图像。然后，在从登记日当天起的约50天期间内基本上天天进行认证，并记录了当时的对照处理的结果(一致率)。在完成收集后，计算同一手指的 50天期间的一致率的平均值。所计算出的一致率的平均值是表示该手指不易产生本人拒绝的程度的值。然后，改变m和η的值的组合来计算认证适合性等级,找到m和η的值,使得认证适合性等级与不易产生本人拒绝的程度之间的相关性变高。图15表示一致率平均值与认证适合性等级的分布图。纵轴表示50天期间的一致率的平均值，横轴表示手指的认证适合性等级。在图15的示例中，设式(I)中的参数m和η的值为m = 4、η = I。此时,一致率平均值与认证适合性等级之间的相关系数为R = O. 86，可知存在较高的相关性。因此，将m和η的值确定为m = 4、η = I。通过手指的认证适合性评价处理(S120)而输出的值可以原样利用按照式⑴计算的值，也可以根据按照式(I)计算的值，通过阈值处理进行分级为多个等级，并返回属于哪个等级。在本实施例中，为了评价手指对认证的适合性，将对认证具有不良影响的皱纹等级和对认证具有良好影响的血管等级组合起来进行评价。由此，能够更加正确地评价手指对认证的适合性。图16和图17表不其不例。图16(a)和图17 (a)是不同手指的登记图像。 根据这些登记图像来检测皱纹的位置，其结果是图16(b)和图17(b)。并且，检测血管的位置的结果是图16(c)和图17(c)。图16(a)和图17(a)的两个登记图像的皱纹的摄入程度是大致相同。因此，如果只关注皱纹来评价手指的适合性，则两个手指的适合性都被判定为相同程度。但是，根据实际获取长期间的认证记录的结果可知，图17(a)的手指由于本人拒绝的产生频度较低，对认证的适合性比较高。图17(a)的手指的本人拒绝的产生频度较少是因为在登记图像中包括更多的血管图案。这样，存在只关注登记图像中的皱纹不能实现正确的适合性评价的情况。另一方面，若将对认证具有不良影响的特征(皱纹等)和对认证具有良好影响的特征(血管图案)组合起来进行评价，则如图16、图17所示，能够区分皱纹的摄入方式相同、血管图案的摄入方式不同的手指的优劣。由此，能够从多个登记候选中选择适合于认证的手指。在上述的示例中，为了计算血管等级而评价图像中的血管的量和浓淡度，除此之外，也可以评价血管的粗细及血管的长度、血管图案的复杂程度等。并且，关于皱纹等级计算，除了皱纹的量和浓淡度之外，也可以评价皱纹的宽度及皱纹的长度等。通过增加在评价中使用的特征量，并适当组合这些特征量，能够实现更正确的认证适合性评价。这样，通过根据基于摄像图像的生物体表面信息和血管信息来进行认证适合性评价，即使在预料到会长期使用的情况下，也能够执行不易受到随时间变化的影响的稳定的认证。实施例2在本实施例中，将在短期使用认证系统时不产生本人拒绝的手指称为适合于认证的手指。例如，在将认证装置应用于储物柜(口 '、，力一)的情况下，利用者往往在自登记起的数小时内进行认证。实施例2的认证适合性评价是面向这种短期运用的认证适合性评价。在面向短期运用的认证适合性评价中，能够利用在实施例I中示出的认证适合性等级计算的式(I)。在将式(I)用作面向短期运用的情况下，将m和η的参数重新调整为适合于短期运用。具体地讲，事前对多个手指调查在短期运用时不易产生本人拒绝的程度，调整m和η使得不易产生本人拒绝的程度与调查对象的手指的认证适合性等级之间的相关性变高。图19是登记日当天的一致率和手指的认证适合性等级的分布图的一例。在图19 的分布图中记述了约40个手指的数据。纵轴表示在登记日当天认证时的一致率。横轴表示根据上述的式(I)计算的认证适合性等级。式(I)中的参数m、n被确定为使登记日当天的一致率与认证适合性等级之间的相关性为最高的值。具体地讲，将式(I)中的m和η设为 m = 10、η = I。如上所述，手指的认证适合性等级计算的式(I)只需改变参数，即可应用于长期运用时和短期运用时双方的适合性评价。另外，在短期运用时，可以减小η相对于m的比重。尽管手指的皱纹在从登记日起经过较长期间时，其形状或摄入方式大幅变化，但在从登记日起的经过时间较短的情况下几乎不变。因此，在登记日当天的认证中，皱纹对认证产生的不良影响较小。在进行式(I) 中的参数确定时，如果减小表示皱纹的影响程度的参数η的比率，则一致率与认证适合性等级之间的相关性提闻。例如，在假设长期运用的实施例I中，将m与η的比率设为m : n = 4 : I。另一方面，在假设短期运用的实施例2中，将m与η的比率设为m η = 10 I。这样，在切换为短期运用时，减小表示皱纹的影响程度的参数η的值。在本实施例中示出了考虑到装置的短期使用的内容，但作为一并具有本实施例和实施例I的技术内容的装置，也可以构成为能够设定适当参数、或者具有短期使用模式和长期使用模式至少两种模式。实施例3图18是利用了手指的认证适合性处理(S120)的登记处理流程的一个实施例。下面，使用图18说明从利用者的多个登记候选的手指中选择最适合于认证的手指的步骤。首先，利用者将登记候选的手指中的任意一个手指出示到静脉数据取得装置2 上。认证系统实施用于判定手指是否被出示到装置2上的手指出示检测处理(SlOl)。在检测到手指的出示时，进行光量调整处理(S103)、图案提取处理(S108)、特征数据生成处理(S109)。然后，评价所出示的手指的适合性(S120)。此时，认证系统将认证适合性评价的结果(认证适合性等级)和特征数据保存在存储器12中。然后，再次返回到手指的出示检测处理(SlOl)。利用者放置第2个手指。认证系统对第2个手指依次实施手指的出示检测(SlOl)、光量调整(S103)、图案提取(S108)、特征数据生成(S109)、手指的认证适合性评价(S120)。然后，将评价结果和特征数据保存在存储器12中。反复执行图18中的处理 101 处理S120的流程，直到完成登记候选的所有手指的评价。在完成登记候选的所有手指的评价后，进入到登记手指的选择处理(S130)。在登记手指的选择处理(S130)中，将在存储器12中保存的所有登记候选的手指的认证适合性等级进行比较。根据比较的结果，将认证适合性等级最高的手指确定为登记手指。然后，保存被选择为登记手指的手指的特征数据(S126)。最后，向利用者提示被选择为登记手指的手指的信息(S132)。具体地讲，提示登记手指是第几个被出示到装置2上的手指。也可以附带地提示登记手指的认证适合性评价的结果或除登记手指之外的手指的认证适合性评价的结果等。根据上述的流程，能够从多个登记候选的手指中选择并登记最佳的手指。由此能够实现高精度的认证。实施例4图20(a)是用静脉数据取得装置2拍摄到的图像的一例。图20(b)是图像的分割方法的一例。图20(c)是按照图20(b)的分割方法分割后的图像。
也能够对如图20(c)所示的手指的部分区域实施手指的认证适合性评价处理 (S120)。通过对部分区域实施认证适合性评价，能够抑制认证精度的恶化，同时减小登记数据的容量。下面，说明减小登记数据的容量的处理流程。在登记处理中按照图20(a)所示拍摄手指的较宽范围的静脉。在拍摄之后分割图像，得到如图20(c)所示的多个部分图像。对部分图像进行认证适合性评价，从多个部分图像中选择认证适合性等级最高的一个区域。然后，根据所选择的区域的图像生成特征数据。 将所生成的特征数据保存在存储装置14中。此时，将所选择的区域的位置(坐标)一并保存在存储装置14中。在图20 (c)的示例中，部分图像412被判定为认证适合性等级最高，将根据部分图像412生成的特征数据和部分图像412的坐标(Xa，Ya)保存在存储装置14中。 在本实施例中，将这样组合了特征数据和位置(坐标)而得到的数据称为登记数据220 (图 20(f))。在认证处理中，与登记处理相同地拍摄手指整体的静脉。从拍摄到的认证图像中切取与登记数据相同的坐标的图像(图20(d))。或者，也可以考虑登记时和认证时的手指的错位，切取具有一定量的余量的区域(图20(e))。由此，能够实现抗错位性较强的认证。 根据所切取的图像来生成认证用的特征数据，将登记数据和认证数据进行对照。根据对照结果来判定是同一手指还是不同手指，并结束认证处理。通过按照以上所述只使用摄像图像的一部分区域来生成登记数据，能够减小登记数据大小。由此，能够增加可登记的登记数据数量。如果单纯地缩小在登记数据中采用的范围，将导致认证精度大幅恶化，但在本实施例中，从摄像图像中寻找认证适合性等级较高的区域，根据该区域的图像来生成登记数据。由此，能够同时实现登记数据大小的小容量化和高精度的认证。在图20的示例中，从4个部分区域中只选择认证适合性等级最高的一个区域来生成登记数据，但也可以按照认证适合性等级从高到低的顺序选择多个区域进行登记。在认证处理中，根据与登记数据对应的多个部分区域的图像来生成多个认证数据，将对应的各个区域进行对照。实施例5存在当长期利用认证装置时产生本人拒绝的情况。作为其原因之一，可以列举手指的放置方式的变化。当在刚刚登记后或从登记起的数日以内进行认证的情况下，利用者记住了登记时的手指的放置方式，因而能够实现与登记时基本相同的放置方式。但是，在从登记日起经过了固定的期间时，将忘记登记时的手指的放置方式，因而存在不能再现与登记时相同的放置方式的情况。另外，许多利用者具有在刚刚登记后或数日内谨慎使用认证装置的趋势，因而能够将手指放置在与定位用突起21相匹配的正确位置。但是，在持续使用认证装置的过程中，手指的放置方式逐渐变混乱，存在不能以正确的放置方式出示手指的情况。在对照处理(S112)中采用在某种程度上允许手指的放置方式差异的方法，但是在放置方式大幅变化而超过错位或按压的允许范围时，即使是同一手指也被判定为不同手指。为了解决该问题，对认证时的手指的放置方式进行评价，将评价结果提示给利用者。图21是用于预防本人拒绝的认证处理流程的一个实施例。下面，说明认证处理流程。在利用者出示手指后，实施手指出示检测处理(SlOl)、光量调整处理(S103)、图案提取处理(S108)、特征数据生成处理(S109)。然后，进行对照处理(S112)并计算登记时与认证时的图像的一致率。在所计算的一致率是低于认证阈值33的值时，判定为是不同手指。在判定为是不同手指的情况下，将该结果提示给利用者，并结束认证处理。在所计算的一致率为认证阈值以上的值时，判定为是同一手指。在判定为是同一手指的情况下，进行手指的放置方式评价(S140)。在手指的放置方式评价(S140)中，评价认证时的手指的放置方式是否与登记时相同。然后，将结果提示给利用者(S142)。结果提示方法有从声音输出部 6输出声音的方法、在显示部17显示结果的方法等。然后，作为认证后的处理，例如进行锁定的解除等(S114) ο作为手指的放置方式的评价(S140)方法能够采用如下方法，比较登记数据220与认证数据240的静脉图案的位置，并计算手指的错位量，根据错位的大小来判定放置方式。 另外，作为其它方法有利用在对照处理(S112)中计算的一致率的方法。在登记时与认证时的手指的放置方式的变化较小的情况下，通过对照处理而计算的一致率也是较高的值。如果手指的放置方式变化较大，则一致率变低。因此，能够利用一致率来评价认证时的手指的放置方式。在一致率高于放置方式评价的阈值45的情况下，判定为是与登记时基本相同的放置方式，如果一致率低于阈值45，则判定为放置方式变化较大。另外，放置方式评价的阈值45被设定为高于认证阈值33的值。图22是测定长期利用认证系统时的认证结果(一致率)的图，该认证系统采用了本实施例的放置方式评价。纵轴表示一致率，横轴表示自登记日起的天数。在该测定中，记录了 I个手指在两个月期间的一致率。另外，在测定时使用的认证系统的认证阈值33被设定为使一致率约为70%。放置方式评价的阈值45被设定为使一致率为75%。并且，在一致率低于放置方式评价的阈值45时，在测定时使用的认证系统用声音对被检者发出警告。在图22的曲线图中用圆圈(〇)标记示出的日期是一致率低于放置方式评价的阈值45的日期。在该日期对被检者发出警告。根据图22的曲线图能够确认到在发出警告后一致率稍微提高。由此，能够确认到评价手指的放置方式并通知利用者，有助于防止一致率下降。如上所述，通过评价手指的放置方式并提示其结果，利用者能够注意到手指的放置方式相比登记时发生变化。通过利用者认真地放置手指并重新进行登记，能够防止发生本人拒绝情况。本发明的认证装置也能够应用于移动电话终端或个人数字助理(PDA)、个人电脑 (PC)等移动设备、以及保险柜或储物柜、汽车、进出管理装置等。并且，上述的实施例仅是一例，本发明当然不能限定为上述的实施方式。
权利要求
1.一种个人认证系统，具有光源、对透射过生物体的光进行拍摄的摄像部、和根据由摄像部拍摄到的血管图案来执行认证的处理部，其特征在于，所述处理部根据基于摄像图像的生物体表面信息和血管图案中的血管信息，进行认证适合性评价。
2.根据权利要求I所述的个人认证系统，其特征在于，所述处理部根据摄像图像来提取血管图案，根据该血管图案来执行认证。
3.根据权利要求I所述的个人认证系统，其特征在于，认证适合性评价是根据来自摄像图像的生物体表面信息和所提取的血管图案图像而执行的。
4.根据权利要求I所述的个人认证系统，其特征在于，所述个人认证系统具有存储生物体表面信息和血管信息的存储部。
5.根据权利要求I所述的个人认证系统，其特征在于，所述个人认证系统具有提示所述认证适合性评价的结果的提示单元。
6.根据权利要求5所述的个人认证系统，其特征在于，提示单元是显示部或者声音提示部。
7.根据权利要求I所述的个人认证系统，其特征在于，所述生物体表面信息包括生物体的皱纹、指纹。
8.根据权利要求7所述的个人认证系统，其特征在于，采用皱纹的量和皱纹的浓淡度，来作为所述认证适合性评价中的生物体表面信息。
9.一种个人认证装置，具有光源、对透射过生物体的光进行拍摄的摄像部、和根据由摄像部拍摄到的血管图案来执行认证的处理部，其特征在于，所述处理部根据基于摄像图像的生物体表面信息和血管图案中的血管信息，进行认证适合性评价。
10.根据权利要求9所述的个人认证装置，其特征在于，所述处理部根据摄像图像来提取血管图案，根据该血管图案来执行认证。
11.根据权利要求9所述的个人认证装置，其特征在于，认证适合性评价是根据来自摄像图像的生物体表面信息和所提取的血管图案图像而执行的。
12.根据权利要求9所述的个人认证装置，其特征在于，所述个人认证装置具有存储生物体表面信息和血管信息的存储部。
13.根据权利要求9所述的个人认证装置，其特征在于，所述个人认证装置具有提示所述认证适合性评价的结果的提示单元。
14.根据权利要求13所述的个人认证装置，其特征在于，提示单元是显示部或者声音提示部。
15.根据权利要求9所述的个人认证装置，其特征在于，所述生物体表面信息包括生物体的皱纹、指纹。
16.根据权利要求15所述的个人认证装置，其特征在于，所述认证适合性评价中的生物体表面信息采用皱纹的量和皱纹的浓淡度。
17.—种运算装置，该运算装置与光源、对透射过生物体的光进行拍摄的摄像部、以及血管图像提取装置连接，该血管图像提取装置提取包括由该摄像部拍摄到的血管图案的图像，其特征在于，所述运算装置根据基于摄像图像的生物体表面信息和血管图案中的血管信息，进行认证适合性评价。
18.根据权利要求17所述的运算装置，其特征在于，所述生物体表面信息包括生物体的皱纹、指纹。
全文摘要
本发明开发了用于评价登记候选的手指对静脉认证的适合性的功能，实现高精度的认证装置。一种个人认证系统，具有光源、对透射过生物体的光进行拍摄的摄像部、和根据由摄像部拍摄到的血管图案来执行认证的处理部，处理部根据基于摄像图像的生物体表面信息和血管图案中的血管信息，进行认证适合性评价。
文档编号A61B5/117GK102592110SQ201110356730
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月11日 优先权日2010年11月12日
发明者三浦直人, 宫武孝文, 松田友辅, 清水春美, 长坂晃朗 申请人:株式会社日立制作所