用于生物认证装置的活体引导控制方法和生物认证装置的制作方法

专利名称：用于生物认证装置的活体引导控制方法和生物认证装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于生物认证装置的活体引导控制方法和利用生物特征 (人体一部分的特征)进行个体认证的生物认证装置，具体地讲，涉及 一种用于生物认证装置的活体引导控制方法和一种通过非接触手段检测 生物特征来获得生物信息的生物认证装置。
背景技术：
人体有许多可以用于区分个体的部分，例如指纹和趾纹、眼睛的视 网膜、面部特征和血管。随着近年来生物技术的进步，已提供了识别生 物特征(人体这些部分的特征)以进行个体认证的多种装置。例如，从手指、手掌和手背中的血管获得相当大量的个体特征数据。 此外，血管(静脉)图案从婴儿期开始贯穿整个生命过程保持不变，并且被 认为是完全唯一的，所以非常适于个体认证。以手的手掌的血管图像为 例，在登记或认证时，用户将他的手掌靠近图像采集装置。图像采集装 置发射近红外线，近红外线入射在手掌上。图像采集装置使用传感器来 接收从手掌弹回的近红外线。静脉中流动的红细胞中的血红蛋白会损耗氧气。这种血红蛋白(减少的血红蛋白)吸收波长在760nm附近的近红外线。因此，当近红外线入射 在手的手掌上时，仅仅在有静脉的区域中反射降低，反射的近红外线的 强度可用于通过非接触图像釆集来识别静脉的位置。用户使用图像采集装置将他自己的手的手掌的静脉图像数据登记在 服务器中或卡上。然后，为了进行个体认证，用户采用图像釆集装置使 得他自己的手的静脉图像数据可以被读取。将利用用户ID等检索出的已 登记的静脉图像与由此读取的用于核对的静脉图像的静脉图案进行核 对，并进行个体认证。
在通过这种非接触手段来检测生物信息的过程中，身体可相对于图 像采集装置100自由地移动，具体地讲，手可自由地移动。另一方面， 为了能够精确地检测，身体的用于检测的部分必须位于图像采集装置的 图像采集范围内。在现有技术中，已经提出了这样的方法使用密封件(seal)及其它手段来提供对手进行定位的示例，手掌的位置和倾度已从采集的图像中检 测到，当不能够进行精确的图像采集时，使用可视化指示和语音输出来指示手的位置或倾度是不适当的(例如，见WO04/021884(图3和图15))。 在这些己提出的方法中，采集整个手的图像，将该图像与已登记的手的 平均形状相比，并检测手的位置和倾度。此外，还提出了这样的方法基于手掌部分的位置(例如，手指的张 开)、手腕的位置和整个手在图像釆集范围内的位置，判断被釆集图像的 手的形状是否适合于核对，并向用户提供对手进行定位的引导(例如，见 日本专利特开No. 2006-107401(日本专利申请2004-296976))。在通过非接触手段来检测生物信息的过程中，检测是非接触式的， 此外，身体(更具体地讲，手和手指等)可自由地移动。因此，有许多种这 样的情形用户没有记住登记时人体部分的图像采集状态，所以身体部 分在认证时的图像采集状态不同，因此即使用户为所述个体时，认证结 果也不令人满意。如果频繁地发生这类情形，则认证所需的时间就会增 加，此外，作为所述个体的用户逐渐对生物认证产生不信任。在现有技术的方法中(向用户指示共同配置，或者判断对于预先确定 的核对的适当性)，可消除生物检测装置中的噪声和与生物检测时的检测 状态的差异。但是，因为图像采集配置不是用户登记时的配置，所以有这样一种担忧即使提供引导从而符合了该共同配置，已登记的数据与 认证时的核对数据的核对结果也可能不令人满意。换言之，图像采集配置总是存在有个体差异。例如，因为使用了非 接触检测，所以被采集图像的手的大小和倾度、手指的张开等可能在登 记时和认证时不同，并且个体的手的大小互不相同(例如，男人和女人之 间，以及老人和年轻人之间)。此外，因为实际上是检测身体，所以也必须考虑身体条件的变化； 如果登记时和认证时之间的身体条件有变化，则即使用户是同一个人， 也可能会在认证时难以认证出该用户，从而会带来问题。例如，在静脉 认证中，有多种变化的起因，例如心跳、图像采集的定时、手保持的方 式等。结果，阻碍了生物认证在可由任何人在任何时间、任何地点采用的 普遍存在的装置中的普及。此外，如果核对速度不足，并且如果因生物 学或生物方面的原因出现问题，则对于用户和装置制造商都会阻碍这种 技术的普及。发明内容因此，本发明的一个目的在于提供一种用于生物认证装置的活体引 导控制方法和一种生物认证装置，从而即使利用非接触手段对身体进行 图像采集时，也可快速地进行个体认证。本发明的另一目的在于提供一种用于生物认证装置的活体引导控制 方法和一种生物认证装置，从而即使利用非接触手段对身体进行图像采 集时，也能够根据个体用户来引导人体。本发明的又一目的在于提供一种用于生物认证装置的活体引导控制 方法和一种生物认证装置，从而即使利用非接触手段对身体进行图像采 集时，也能够根据个体用户来引导人体，以提高认证的速度。本发明的又一目的在于提供一种用于生物认证装置的活体引导控制 方法和一种生物认证装置，从而即使利用非接触手段对身体进行图像采 集时，也能够根据个体用户来引导人体，以提高核对的效率。为了达到这些目的，本发明的生物认证装置将用户已登记的生物特 征数据与从用户身体检测到的生物特征数据进行核对来进行个体认证， 该生物认证装置具有图像采集单元，用于采集所述身体的图像；存储 单元，用于存储所述用户的生物特征数据和身体图像采集状态数据；显 示单元，用于向所述用户显示在对身体进行图像采集时所用的引导画面； 处理单元，用于从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中提取身
体图像采集状态数据和生物特征数据，并将这些数据登记在所述存储单 元中。所述处理单元从所述图像釆集单元所采集的所述身体的图像中提 取身体图像采集状态数据，将所提取的身体图像采集状态数据与所述用 户已登记的身体图像采集状态数据进行比较，按照比较结果在所述显示 单元上显示引导画面，并将所述用户已登记的生物特征数据与从所述身 体检测到的生物特征数据进行核对。此外，本发明的生物认证装置的活体引导控制方法将用户己登记的 生物特征数据与从用户身体检测到的生物特征数据进行核对来进行个体 认证，该活体引导控制方法包括通过图像采集单元来采集身体的图像 的步骤；从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中提取身体图像 采集状态数据和生物特征数据并将这些数据登记在存储单元中的步骤； 从所述图像采集单元所釆集的所述身体的图像中提取身体图像采集状态 数据，并将所提取的身体图像采集状态数据与登记在所述存储单元中的身体图像采集状态数据进行比较的步骤；根据比较结果在显示单元上显 示引导画面的步骤；以及将登记在所述存储单元中的生物特征数据与从 所采集的图像检测到的生物特征数据进行核对的步骤。此外，本发明的生物认证装置将用户己登记的生物特征数据与从用 户身体检测到的生物特征数据进行核对来进行个体认证，该生物认证装 置具有图像采集单元，用于采集所述身体的图像；存储单元，用于存 储所述用户的生物特征数据和身体图像采集状态数据；显示单元，用于 向所述用户显示在对身体进行图像采集时所用的引导画面；处理单元， 用于从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中提取身体图像采集 状态数据和生物特征数据，并将这些数据登记在所述存储单元中。所述 处理单元在所述显示单元上显示表示所述身体的外形的引导画面，并将 所述用户已登记的生物特征数据与从所述身体检测到的生物特征数据进 行核对，所述身体的外形是所述用户已登记的身体图像采集状态数据。此外，本发明的生物认证装置的活体引导控制方法将用户已登记的 生物特征数据与从用户身体检测到的生物特征数据进行核对来进行个体 认证，该活体引导控制方法包括通过图像采集单元来采集身体的图像
的步骤；从所述图像釆集单元所采集的所述身体的图像中提取身体图像采集状态数据和生物特征数据并将这些数据登记在存储单元中的步骤； 在显示单元上显示表示所述身体的外形的引导画面的步骤，其中所述身 体的外形是登记在所述存储单元中的身体图像采集状态数据；以及将登 记在所述存储单元中的生物特征数据与从所采集的图像检测到的生物特 征数据进行核对的步骤。在本发明中，优选的是，所述处理单元在所述显示单元上显示所采 集的身体图像的外形，作为所述身体图像采集状态数据。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元从所采集的身体图像 中提取对提取生物特征数据有效的身体图像采集状态数据，作为所述图 像采集状态数据。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元从所采集的身体图像 中提取表示所述身体在所述图像采集单元的图像采集范围内的位置的身 体图像采集状态数据，作为所述图像采集状态数据。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元提取所述身体相对于 所述图像采集单元在水平方向和垂直方向上的位置，作为表示所述身体 的位置的身体图像采集状态数据。此外，在本发明中，优选的是，所述图像采集单元由采集手的一部 分的图像的图像采集单元构成，所述处理单元从所采集的图像中提取被 采集了图像的手的一部分的外形，并将该外形显示在所述显示单元上。此外，在本发明中，优选的是，所述图像采集单元由采集手的一部 分的图像的图像采集单元构成，所述处理单元从所采集的图像中提取作 为被采集了图像的手的一部分的手指的位置。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元从所采集的图像中提 取作为被采集了图像的手的一部分的手指的角度。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元从所采集的图像中提 取作为被采集了图像的手的一部分的手腕的位置。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元从所釆集的图像中提 取作为被采集了图像的手的一部分的手指的宽度。 此外，在本发明中，优选的是，所述图像采集装置釆集所述身体的 手的一部分的图像，所述手的一部分包括手掌和手的手指的一部分。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元将所釆集的图像叠加 在所采集的身体图像的外形上，显示在所述显示单元上。此外，在本发明中，优选的是，对身体进行图像采集之后，所述处 理单元将所采集的图像叠加在所采集的身体图像的外形上，显示在所述 显示单元上。此外，在本发明中，优选的是，所述处理单元利用虚线来显示所采 集的身体图像的外形。在本发明中，在登记生物特征数据时，从所采集的图像中提取身体 图像采集状态数据并进行登记，而在核对时，读取所登记的图像采集状 态数据，并与核对时所提取的图像采集状态数据进行比较，从而为身体 提供引导。或者，显示从登记时的图像采集状态数据中获取的登记时身 体的外形。因此，可以将用户引导至登记时的个体图像釆集状态，从而 可以提取特征数据。因此，即使用户不知道登记时的图像采集状态，也 可以在核对时再现出登记时的图像采集状态，从而可以进行生物特征数 据的非接触检测。特别是，可防止即使该人是所述个体时出现的核对失 败，并且可縮短核对所需的时间，有助于提高生物认证的可靠性。


图1是本发明一种实施方式的生物认证装置的构成图。图2是图1中的生物认证装置的框图。图3是图1和图2中的生物数据的构成图。图4是图3中的身体图像采集状态数据的示例图。图5是本发明实施方式的生物数据登记处理流程的(第一)图。图6是本发明实施方式的生物数据登记处理流程的(第二)图。图7是图5和图6中的引导画面的(第一)过渡图。图8是图5和图6中的引导画面的(第二)过渡图。图9是图5的身体图像采集状态提取处理的流程图。 图IO是图6的身体图像采集状态检验处理的流程图。图11是图10的身体图像采集状态检查结果的说明图。图12是图10的身体图像采集状态检査结果的另一说明图。图13是本发明实施方式的生物数据认证处理的流程图。图14是图13的认证处理中的引导画面的说明图。图15是本发明另一实施方式的身体引导控制处理的(第一)说明图。图16是本发明另一实施方式的身体引导控制处理的(第二)说明图。图17是本发明另一实施方式的身体引导控制处理的(第三)说明图。图18是本发明另一实施方式的核对时的身体引导控制处理的说明图。图19是本发明另一实施方式的生物认证装置的构成图。
具体实施方式
下面，按照生物认证装置、生物数据登记处理、身体图像采集状态 提取和检查处理、生物认证处理、其它身体图像采集状态引导处理、另 一生物认证装置和其它实施方式的顺序来说明本发明的实施方式。生物认证装置图1示出了本发明实施方式的生物认证装置的构成，图2是图1中 的手掌图像釆集装置和生物认证处理装置的框图，图3说明了图1和图2 的已登记生物数据，图4说明了图3中的身体构造数据。图1示出了用于登录到信息系统上的手掌静脉认证系统的示例。个 人计算机(PC)3连接到服务器4，进行各种处理。个人计算机3连接到图 2中说明的手掌图像采集装置1以及IC卡读写器2。IC卡读写器2从用户的IC卡5读取数据并向用户的IC卡5写入数 据。个人计算机3具有处理单元3-l、显示装置3-2、键盘3-3等。为了说明该操作，使用静脉(生物)认证来获得登录许可的用户将他的 手放在手掌图像采集装置(以下称为"图像采集装置")1的上方。图像采 集装置1读取手掌图像，并通过个人计算机3进行的血管图f象提取处理 来提取静脉图案，并将静脉图案作为静脉数据记录在连接到个人计算机3
的数据库服务器4的存储部分中或者用户持有的个体卡(以下称为"IC 卡")5上。登录后，向系统通知系统使用的初始化，系统检査用户名和 密码，并准备接受服务请求。为了登录到个人计算机3上，用户将他的手放在图像采集装置1上。 图像采集装置1读取手掌图像，并通过血管图像提取处理来提取静脉图案。个人计算机3以该静脉图案作为静脉数据与登记在数据库服务器4 上或插到IC卡读写器2中的IC卡5上的静脉数据进行核对，以进行核 对处理，从而进行个体认证。如图2中所示，图1中的手掌图像采集装置1设置有基本上位于主 单元10中心的传感器单元18。传感器单元18的中央设置有红外传感器 (CMOS传感器)和聚焦透镜16以及距离传感器15;其周边设置有多个近 红外发光元件(LED)12。例如，近红外发光元件12设置在周边的八个位 置上，用于向上发射近红外线。通过传感器、聚焦透镜和近红外发光区之间的关系来调节该传感器 单元18的可读区V。由连接到图像采集装置1的个人计算机3来执行一 系列的登记处理30-42。例如，个人计算机3的处理单元3-1具有CPU和 多种存储单元、接口电路和数据处理所需的其它电路。该CPU执行这一 系列的登记处理30-42。在距离/手外形检测处理30中，从图像采集装置1接收由距离传感 器15测得的距离，并判断手掌或其它对象与传感器单元18的距离是否 在规定范围内以及倾度是否合适，从传感器单元18采集的图像中检测手 的外形，并基于该外形，判断图像是否为可用于登记和核对处理的图像。 例如，手掌可能没有适当地出现在图像中。将在图5和下面对该处理进 行详细的说明。如图5和随后的附图中所示，当距离传感器16测得的距离表示手位 于图像采集范围之外时，或者当图像不能用于登记和核对处理时，引导 消息输出处理32向个人计算机3的显示器3-2输出消息，以引导手掌左 右、前后、上下移动。这样，就把用户的手引导至图像采集装置1的上 方。
当距离/手外形检测处理30判定已经在恰当保持手的情况下采集了 图像时，血管图像提取处理34从手的图像中提取静脉图像(生物特征数据)。当判定可以进行登记时，登记处理36将图3中说明的生物特征数据 和身体图像采集状态数据登记在存储部分4a(服务器4的存储部分或IC 卡5)中。在核对时，搜索处理42使用输入的或从IC卡5读取的用户ID，从 存储部分4a中检索与该ID相对应的生物特征数据和身体图像采集状态 数据。特征核对处理38判断从存储部分4a中检索出的生物特征数据与 在血管图像提取处理34中从图像采集装置1所采集的手的图像中提取的 血管图像数据(生物特征数据)之间的相似度，并输出核对结果。图像采集状态核对处理40将从存储部分4a中检索出的身体图像采 集状态数据与通过距离/手外形处理30从图像釆集装置l所采集的手的图 像中检测出的身体图像采集状态数据进行比较，并基于比较结果，通过 引导消息处理32输出消息，以引导至登记时的图像采集状态。当登记时 和认证时的图像采集状态匹配时，图像采集状态核对处理40开始特征核 对处理38。图3说明了生物登记数据；参照图4的手掌图像来说明生物登记数 据。如图3中所示，个体的登记数据N包括图像采集状态数据和血管图 像特征数据。图像采集状态数据包括图4中示出的图像采集范围V内手 的轮廓(位图)外形、手的五根手指的角度A1、 A2、 A3、 A4禾口A5、手的 五根手指的宽度W1、 W2、 W3、 W4和W5、从手腕到小指的轮廓线形 状CB以及从手腕到拇指的轮廓线形状CA。为了精确地检测手掌的血管图像数据，期望手掌充分张开且平坦。 为此，如下文所说明的，使用手的外形的轮廓(位图)来显示整个手在核对 时和登记时的图像采集状态。使用手的五根手指的角度Al、 A2、 A3、 A4和A5来检査每根手指 的张开度。使用手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4和W5来检查 每根手指的弯曲度。使用从手腕到小指的轮廓线形状CB和从手腕到拇指 的轮廓线形状CA来检査手腕是否处于图像采集范围V内的合适位置。
在本发明中，这些图像采集状态数据是在登记时获取并预先登记的， 在核对时获取该图像采集状态，并将登记时与核对时的图像采集状态进 行比较，通知用户比较结果，引导用户将其手掌放置在登记时的图像采 集状态下。这样，在核对时，即使用户不知道登记时的图像采集状态， 该用户也能够再现出登记时的图像采集状态，并可进行生物特征数据的 非接触检测。艮P，提供引导使得登记时每个个体的图像采集状态也能在核7寸时再 现，从而可防止即使人是所述个体时仍会核对失败，可縮短核对所需的 时间，有助于提高生物认证的可靠性。这里，参照图3说明了图像釆集状态数据，但是根据所需的精确程 度，并不需要使用所有示出的数据。例如，在手的五根手指的角度A1、A2、 A3、 A4禾nA5、从手腕到小指的轮廓线形状CB以及从手腕到拇指 的轮廓线形状CA中使用至少一个就是有效的。 生物数据登记处理图5和图6示出了本发明实施方式中的生物数据登记处理的流程， 图7和图8是通过检查身体图像采集状态而得到的引导画面的过渡图。参照图7和图8的引导画面过渡来说明图5和图6中的生物数据登 记处理。(S10)如图7中所示，在显示装置3-2的屏幕上显示登记开始引导画 面Gl。该登记开始引导画面Gl用虚线来显示适于登记的手的代表性手 掌的轮廓。如图2中所示，用户将他的手放在图像采集装置1的上方。 通过距离传感器15来测量到手的手掌的距离，并检测输出。将检测到的 距离与传感器单元18的传感器和透镜16所确定的焦距进行比较，并判 断到手的手掌的距离是否在合适范围内。例如，该合适范围可以是距传 感器单元18 40 60mm。此外，通过与多个距离传感器15的距离来检测 手的手掌的倾度，并判断倾度是否在合适范围内。如果距离和f顷度不合 适，则如图7中所示，在显示装置3-2上显示用于引导移开手的引导画面 G2。使用户把他的手从图像采集装置1上移开，该处理返回至图7中的 登记开始引导画面G1。另一方面，如果距离和倾度合适，则从图像采集
装置l发射近红外线，由传感器16来接收反射光，从而获得手的手掌的 图像。(S12)从图像采集装置1所采集的图像中提取手的手掌的外形图像。 即，如图4中所示，提取图像釆集范围V内的手的外形的图像。(S14)如图7中所示，将外形图像转换为仅示出外形的轮廓，并在显 示装置3-2上显示读取完成画面G3。该画面G3上显示了经过轮廓处理 而得到的手的外形。在该画面G3上，用户查看手的轮廓图像，并选择"确 定"或"取消"以使能或拒绝登记。如果用户在画面G3上触摸了 "取消"， 则在显示装置3-2上显示引导用户移开他的手的引导画面G4，使用户从 图像采集装置1上移开他的手。然后处理返回至步骤SIO。(S16)另一方面，如果用户查看手的轮廓图像并选择了 "确定"以使 能登记，则存储该身体构造外形图像。在这种情况下，如下面利用图9 所说明的，通过该手外形图像计算出手的五根手指的角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5和手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4、 W5。然后，如图 3中所示，存储手的轮廓图像(位图)、手的五根手指的角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5、手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4、 W5以及从手腕到 小指的轮廓线形状CB。(S18)接下来，多次进行登记。为此，在显示装置3-2上显示再登记 画面G5，如图7中所示。在该画面G5上显示上述存储的经轮廓处理的 手的外形。如图2中所示，用户再次将他的手保持在图像采集装置1的 上方。从图像采集装置1发射近红外线，由传感器16来接收反射光，获 得手的手掌的图像。(S20)从图像采集装置1所采集的图像中检测手的手掌的外形图像。 即，如图4中所示，提取图像采集范围V内的手的外形的图像。并且， 如下面利用图9所说明的，通过该手的轮廓(位图)计算出手的五根手指的 角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5以及手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4、 W5。然后，如图3中所示，获取手的五根手指的角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5、手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4、 W5、从手腕到小 指的轮廓线形状CB以及从手腕到拇指的轮廓线形状CA。
(S22)转到图6，对所存储的身体形状外形图像与步骤S20中获取的 身体形状外形图像(图像采集状态数据)进行比较和检查。下面利用图10 来描述该处理的细节。在判定先前存储的身体形状外形图像(图像采集状 态数据)与步骤S20中获取的身体形状外形图像(图像采集状态数据)之间 的部分要素(数据)不匹配后，显示图7中的表示保持手的方式不同的消 息画面G6，处理返回至步骤S18。(S24)另一方面，如果判定所存储的身体形状外形图像(图像采集状态 数据)与步骤S20中获取的身体形状外形图像(图像釆集状态数据)之间所 有的要素(数据)都匹配，则从釆集的图像中提取生物特征数据。如图4中 所示，从特征提取范围VI内的图像中提取手的手掌的血管图像数据作为 生物特征数据。在这种情况下，除了提取自身的血管图像之外，还可进 行图像处理，从血管图像中提取血管的分矢量。(S26)当执行第二次血管图像提取时，将第一次提取的血管图像数据 与第二次提取的血管图像数据进行比较，并计算相似度。相似度是表示 两个血管图像图案匹配程度的量；可以采用各种图案匹配技术。例如， 在两个血管图案的灰度表示像素矩阵中，获取对于关注像素的两个图案 的像素值(灰度值)并进行比较。如果二者匹配，则相似度计数器增加"l"。 去除关注像素，通过类似的像素值比较，来判断是否匹配。如果二者匹 配，则相似度计数器增加"1"。对像素矩阵中的所有像素都进行这种处 理，并取相似度计数器值作为相似度。如果相似度大于等于预先确定的 阈值，则判定二者相似(OK)，并判定可以登记第二次提取的血管图像数 据。然后，处理进行到步骤S28。然而，如果相似度没有超过该阈值，则 判定二者不相似(NG)。然后，与步骤S22类似，显示重复操作引导消息 G6，处理返回到步骤S18。(S28)判断上述对生物信息特征数据的登记是否已经重复了规定的次 数(例如，三次)。当登记次数未达到规定次数时，处理返回至步骤S18。 在这种情况下，如图8的引导画面所示，在显示装置3-2上显示再登记画 面G7和G8，当判定先前存储的身体形状外形图像(图像采集状态数据) 与步骤S20中获取的身体形状外形图像(图像采集状态数据)的部分要素 (数据)不匹配时，显示图8中的表示保持手的方式不同的消息画面G9。另一方面，如果匹配，则显示图8的完成画面GIO。(S30)另一方面，当登记次数达到规定次数时，如图3中所示，将这 几次登记的血管图像特征数据(例如，三组血管图像特征数据)登记为登记 数据。并且如图3中所示，登记身体形状外形图像(图像采集状态数据)。 如图3中所示，该图像采集状态数据包括手的轮廓、手的五根手指的角 度A1、 A2、 A3、 A4、 A5、手的五根手指的宽度W1、 W2、 W3、 W4、 W5、从手腕到小指的轮廓线形状CB以及从手腕到拇指的轮廓线形状 CA。然后，处理结束。因此，在获取并登记登记时的图像采集状态数据时，进行多次登记， 每次登记时都核对图像采集状态，将核对结果通知给用户，并为用户呈 现一致的登记时的图像采集状态。这样就可以一致地呈现登记时用户的 图像采集状态，除此之外，还可练习用于核对的图像采集状态。即，用 户练习下一次核对时保持手的方式，此外，还可确认能够可靠地执行利 用他自己的手的手掌的认证。因此，随着认证可靠性的提高，提高了系 统的置信度。因此，可防止即使用户是所述个体也会认证失败的情况出 现，可縮短核对时间，有助于提高生物认证的可靠性。此外，检测多个血管图像数据组，将相似度高的多组(这里为三组) 血管图像数据登记为最佳血管图像数据。因此，即使由于图像采集装置 的图像采集状态、身体条件或其它条件造成生物信息有差异，也可以进 行多次图像采集，只登记适于登记的相似度高的最佳生物信息，从而可 登记多个生物信息组来反映这些差异，而不会造成核对精度的下降。此 外，因为进行登记的个人的负担很大，所以(用户)应当强制进行多次登记 操作，将登记次数保持为可容易执行的次数，只在存储部分中检索和登 记由此获得的最佳登记信息。这里，登记第一次登记处理的血管图像数据作为标准。在第二次和 随后登记的血管图像图案中，登记彼此相似度高的两个血管图像数据组。 因为初始登记组用作标准，所以可防止无限级的类似计算和判断。身体图像采集状态提取和检査处理
图9示出了图5的身体图像采集状态提取处理的流程，图IO示出了图6的身体图像采集状态检查处理的流程，而图11和图12说明了通过身体图像采集检查而得到的引导画面。接下来参照图9，说明图5的身体图像采集数据(身体形状外形图像) 提取处理。(S40)从图像采集范围V内所采集的图像数据中提取(剪切)高亮度范 围(g卩，手掌的反射率高的部分)。(S42)再次提取仅仅剪切范围的轮廓线部分。这样就获得了图像采集 范围V内手的手掌的外形数据。将所提取的数据转换为位图，并创建仅 示出手的外形的轮廓。手轮廓图像是所提取的外形数据的位图(如图7 和图8中的虚线所示)，并不包括外形内的图像采集数据。结果，即使存 储或显示了手的轮廓，也可防止轮廓内的要用于认证的信息的识别。(S44展下来，通过上述外形数据计算出手的五根手指的角度Al、 A2、 A3、 A4、 A5以及手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4、 W5(见 图4)。(S46)此外，从上述外形数据中提取从手腕到小指的轮廓线CB和从 手腕到拇指的轮廓线CA。(S48)然后，存储作为图像采集状态数据的手轮廓、手的五根手指的 角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5、手的五根手指的宽度W1、 W2、 W3、 W4、 W5、从手腕到小指的轮廓线CB以及从手腕到拇指的轮廓线CA。接下来，参照图ll和图12的引导画面，利用图10来说明图6的身 体图像采集状态检查处理。(S50)与步骤S10类似，通过距离传感器15的输出来测量距离和倾 度，并进行检查以确保距离和倾度在合适的范围内。(S52)如果距离或倾度不在合适的范围内(不匹配的情形)，则将距离 或倾度设为NG，处理进行到步骤S58。(S54)如果距离和倾度合适(匹配的情形)，则使用形状外形图像提取 来检査剪切坐标位置。即，将已登记的手的五根手指的角度Al、 A2、 A3、 A4、 A5与在图9的处理中提取的五根手指的角度分别进行比较，来判断每根手指的角度是否都相同。类似地，将已登记的手的五根手指的宽度W1、 W2、 W3、 W4、 W5与在图9的处理中提取的五根手指的宽 度进行比较，并判断手指的宽度是否都在规定的登记宽度范围内。此外， 判断已登记的从手腕到小指的轮廓线CB和从手腕到拇指的轮廓线CA与 在图9的处理中提取的从手腕到小指的轮廓线CB和从手腕到拇指的轮廓 线CA是否匹配。(S56)在上述比较中，如果所有要素都匹配并且都在规定的范围内(称 作"匹配")，则将图像采集状态设为OK。另一方面，如果在上述比较 中，没有一个要素匹配或处于规定的范围内(称作"不匹配")，则根据原 因设定位置偏移或形状NG。(S58)以信息或图像的形式显示上述NG情况。这是利用图11和图12来说明的。例如，当已登记的从手腕到小指 的轮廓线CB和从手腕到拇指的轮廓线CA与在图9的处理中提取的从手 腕到小指的轮廓线CB和从手腕到拇指的轮廓线CA不匹配时，手的位置 有偏移。如图11中的画面G6-1所表示的，显示了引导消息"请按照引 导线来放置您的手"。在倾度NG的情况下，如图11中的画面G6-2所表 示的，手倾度的偏移会导致引导消息"您的手向右(或向左)倾斜了。请按 照使表示中心倾度的引导线为正方形的方式放置您的手"的显示。如果已登记的手的五根手指的角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5与在图9 的处理中提取的五根手指的角度比较的结果为不匹配，则如图12中的画 面G6-3所示，食指、中指、无名指或小指没有张开，或者拇指如图12 中的画面G6-4所示合拢。显示引导消息"请张开您的手指"。类似地， 如图12中的画面G6-5所示，当手指张开得太宽时，显示引导消息"请 沿引导线放置您的手"。此外，当因为手指的宽度相对于登记宽度不在规定的范围内而设定 了 NG时，手指或向下低垂或处于弯曲状态，因此显示类似的引导消息 "请伸展开您的手指"。这样，检测到相对于登记时的图像采集状态的手指张开不充分、手 指张开过度、手位置的偏移(向前或向后、向右或向左)以及距离或倾度的偏移，并提供引导以再现登记时的图像采集状态。因此，在核对时，可 将用户引导至登记时的图像采集状态，有助于提高生物认证的精度和速 度。特别是可以降低即使用户为所述个体核对结果也不令人满意的事故 的拒绝率。生物认证处理图13示出了本发明一种实施方式的生物认证处理的流程，图14说明了引导画面。(S60)根据用户的ID号，在存储部分4a(5)中读取相应的生物登记数 据(三个己登记的血管图像数据组、图像采集状态数据)，用户的ID号是 从图1中所示的键盘3-3输入的或者从IC卡5输入的。(S62)在显示装置3-2上显示手的轮廓(图像釆集状态数据)。图14示 出了显示画面；在核对开始画面Gll上显示已登记的手轮廓，示出用户 登记时的图像采集状态。(S64)当用户保持他的手在图像采集装置1上方时，从图像采集装置 1发射近红外线，获得手的手掌的图像。(S66)从图像釆集装置1所采集的图像中检测手的手掌的外形图像。 即，如图4中所示，提取图像采集范围V内的手的外形的图像。然后， 如图9中所说明的，通过手的外形图像计算出手的五根手指的角度Al、 A2、 A3、 A4、 A5以及手的五根手指的宽度Wl、 W2、 W3、 W4、 W5。 如图3中所示，获取手的轮廓、手的五根手指的角度A1、 A2、 A3、 A4、 A5、手的五根手指的宽度W1、 W2、 W3、 W4、 W5、从手腕到小指的轮 廓线CB以及从手腕到拇指的轮廓线CA。.(S68)如图10中所说明的，将读出的身体形状外形图像与在步骤S66 中获取的身体形状外形图像(图像采集状态数据)进行比较和检查。在该检 查过程中，如果判定所读出的身体形状外形图像(图像采集状态数据)与在 步骤S66中获取的身体形状外形图像(图像采集状态数据)之间有一部分 要素(数据)不匹配，则显示图14中的表示手的保持方式不同的消息画面 G12，处理返回至步骤S62。(S70)另一方面，如果判定所读出的身体形状外形图像(图像采集状态
数据)与在步骤S66中获取的身体形状外形图像(图像采集状态数据)的所 有要素(数据)之间都匹配，则从所釆集的图像中提取生物特征数据。如图 4中所示，从特征提取范围V1内的图像中提取手的手掌的血管图像数据 作为生物特征数据。在这种情况下，除了提取原血管图像本身之外，还 可进行图像处理，以从血管图像中提取血管的分矢量。(S72)将读出的血管图像数据与在步骤S70中提取的血管图像数据进 行比较，并计算相似度。如在步骤S26中所说明的，相似度是表示两个 血管图像图案匹配程度的量；可采用各种图案匹配技术。如果相似度大 于等于预先确定的阈值，则判定二者相似(OK)，并判定认证结果为令人 满意(OK)。另一方面，如果相似度没有超过该阈值，则判定二者不相似 (NG)。然后，与步骤S22类似地，显示重复操作引导消息G6，处理返回 到步骤S62。这样，就将用户引导至登记时的图像采集状态，提取生物特征数据， 并进行核对，从而可提高生物认证的精度和速度。特别是降低了对所述 个体的拒绝率。其它身体图像采集状态引导处理图15至图18说明了本发明其它实施方式的身体图像采集状态引导 处理。图15至图17说明了上述三次登记过程中的引导画面。如图15中所示，开始初始登记(图5中的步骤S10和图7中的引导 画面Gl)后，通过显示装置3-2上的虚线来显示手的轮廓ST(装置的基准)。 在获取外形图像时，在显示装置3-2上与基准轮廓ST相叠加地显示所采 集的图像CG。接下来，如图16和图17中所示，在登记时，将获取的手 轮廓CS以虚线显示在显示装置3-2上，采集图像，并在采集的图像CG 上叠加显示该图像。类似地，如图18中所示，在核对时，在显示装置3-2上以虚线显示 所登记的手轮廓CS，并且在采集了图像之后，叠加显示所采集的图像 CG。此时，如果在上述身体图像采集状态检查过程中检测到了偏移，则 显示消息"请按引导线放置您的手"。如果在上述身体图像采集状态检查 中没有检测到偏移，则显示消息"请不要移动您的手"。
这样，通过在登记的手轮廓上叠加显示所采集的图像，用户可直观 察觉到登记时的图像采集状态与核对时的图像采集状态之间的差异，从 而可更有效地被引导至登记时的图像采集状态。另一生物认证装置图19示出了本发明另一实施方式的生物认证装置的构成。该实施方 式是将生物认证机制应用于进入/离开装置的示例。如图19中所示，生物 认证装置6具有图像采集装置(生物检测装置)l、认证结果显示器6-2和输入键组6-l。图像采集装置1包括图2中说明的手掌图像采集装置。生 物认证装置6在内部控制板上具有用于执行图2中说明的各种处理的处 理器以及存储部分4a。该生物认证装置6连接到电锁控制板7，该电锁控制板7驱动门8 的打开和关闭，门8在电机控制下打开和关闭。生物认证装置6连接到 监视显示装置3-2。该监视显示装置3-2上显示上述手掌引导画面。引导 画面在引导对登记或操作不熟悉的用户时特别有效。其它实施方式在上述实施方式中，已经针对手掌静脉图像认证的情形对生物认证 进行了说明；但是除了使用视网膜图像、面部认证等非接触生物认证之 外，还可以应用利用手背和手指的血管图像以及手的掌纹和其它特征的 认证。此外，以上是基于登录到PC和进入/离开装置作为应用领域所做的 说明；但是也能够应用于ATM(自动柜员机)和其它金融服务、租赁服务， 以及需要个体认证的其它任务和服务。此外，在说明位案的过程中， 使用匹配技术来计算相似度；但是，也可使用以矢量形式来表示数据并 且用矢量的方向和长度来计算相似度的公知技术。上面已经说明了本发明的实施方式；但是，可以在本发明的范围内 对本发明进行多种修改，而且这些修改不排除在本发明的范围之外。在对生物特征数据进行登记时，从采集的图像中提取身体图像采集 状态数据，并进行登记，在核对时，读取所登记的图像采集状态数据， 并将其与核对时提取的图像采集状态数据进行比较，提供对身体的弓(导，
或者显示根据登记时的图像采集状态数据的登记时身体的外形，从而可 将个体用户引导至登记时的图像采集状态，并且可提取特征数据。因此， 即使用户不记得登记时的图像采集状态，也可在核对时再现登记时的图 像采集状态，并可执行对生物特征数据的非接触检测。特别是可以防止 甚至当用户是所述个体时的核对失败，此外，可以縮短核对时间，有助 于提高生物认证的可靠性。本申请基于2006年9月14日提交的在先日本专利公报No. 2006-249682并要求其优先权，此处通过引用将该申请的全部内容并入。
权利要求
1、 一种生物认证装置，该生物认证装置将用户已登记的生物特征数 据与从身体检测到的生物特征数据进行核对来进行个体认证，该生物认 证装置包括图像采集单元，用于采集所述身体的图像；存储单元，用于存储所述用户的生物特征数据和身体图像采集状态数据；显示单元，用于向所述用户显示在对所述身体进行图像采集时所用的引导画面；以及处理单元，用于从所述图像采集单元所釆集的所述身体的图像中提 取所述身体图像采集状态数据和生物特征数据，并将所提取的身体图像 采集状态数据和生物特征数据登记在所述存储单元中，其中所述处理单元从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中 提取所述身体图像采集状态数据，将所提取的身体图像采集状态数据与 所述用户已登记的身体图像采集状态数据进行比较，根据比较结果在所 述显示单元上显示引导画面，并将所述用户已登记的生物特征数据与从 所述身体检测到的生物特征数据进行核对。
2、 根据权利要求l所述的生物认证装置，其中，所述处理单元在所 述显示单元上显示所采集的身体图像的外形，作为所述身体图像采集状 态数据。
3、 根据权利要求1所述的生物认证装置，其中，所述处理单元从所 采集的身体图像中提取对提取所述生物特征数据有效的身体图像采集状 态数据，作为所述图像采集状态数据。
4、 根据权利要求3所述的生物认证装置，其中，所述处理单元从所采集的身体图像中提取表示所述身体在所述图像采集单元的图像采集范 围内的位置的身体图像采集状态数据，作为所述图像采集状态数据。
5、 根据权利要求4所述的生物认证装置，其中，所述处理单元提取所述身体相对于所述图像采集单元在水平方向和垂直方向上的位置，作为表示所述身体的位置的身体图像采集状态数据。
6、 根据权利要求2所述的生物认证装置，其中，所述图像采集单元包括用于采集手的一部分的图像的图像采集单元，其中所述处理单元从所釆集的图像中提取被采集了图像的手的一部 分的外形，并将该外形显示在所述显示单元上。
7、 根据权利要求4所述的生物认证装置，其中，所述图像采集单元 包括用于采集手的一部分的图像的图像采集单元，其中所述处理单元从所采集的图像中提取作为被采集了图像的手的 一部分的手指的位置。
8、 根据权利要求7所述的生物认证装置，其中，所述处理单元从所采集的图像中提取作为被釆集了图像的手的一部分的手指的角度。
9、 根据权利要求7所述的生物认证装置，其中，所述处理单元从所采集的图像中提取作为被釆集了图像的手的一部分的手腕的位置。
10、 根据权利要求7所述的生物认证装置，其中，所述处理单元从所采集的图像中提取作为被采集了图像的手的一部分的手指的宽度。
11、 根据权利要求1所述的生物认证装置，其中，所述图像采集装 置采集所述身体的手的一部分的图像，所述手的一部分包括手的手指的 一部分和手掌。
12、 根据权利要求2所述的生物认证装置，其中，所述处理单元将 所采集的图像叠加在所采集的身体图像的外形上，显示在所述显示单元 上。
13、 一种生物认证装置，该生物认证装置将用户己登记的生物特征 数据与从身体检测到的生物特征数据进行核对来进行个体认证，该生物 认证装置包括图像采集单元，用于采集所述身体的图像；存储单元，用于存储所述用户的生物特征数据和身体图像采集状态数据；显示单元，用于向所述用户显示在对所述身体进行图像釆集时所用的引导画面；以及处理单元，用于从所述图像采集单元所釆集的所述身体的图像中提 取所述身体图像采集状态数据和生物特征数据，并将所提取的身体图像 采集状态数据和生物特征数据登记在所述存储单元中，其中所述处理单元在所述显示单元上显示表示所述身体的外形的引 导画面，并将所述用户已登记的生物特征数据与从所述身体检测到的生 物特征数据进行核对，所述身体的外形是所述用户已登记的身体图像采 集状态数据。
14、 根据权利要求13所述的生物认证装置，其中，在对所述身体进 行图像采集之后，所述处理单元将所采集的图像叠加在所采集的身体图 像的外形上，显示在所述显示单元上。
15、 根据权利要求14所述的生物认证装置，其中，所述处理单元利 用虚线来显示所采集的身体图像的外形。
16、 一种生物认证装置的活体引导控制方法，该生物认证装置的活 体引导控制方法将已登记的生物特征数据与从身体检测到的生物特征数 据进行核对来进行个体认证，该生物认证装置的活体引导控制方法包括:通过图像采集单元来采集所述身体的图像的步骤；从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中提取身体图像采集 状态数据和生物特征数据并将所提取的身体图像采集状态数据和生物特 征数据登记在存储单元中的步骤；从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中提取身体图像采集 状态数据，并将所提取的身体图像采集状态数据与登记在所述存储单元 中的身体图像采集状态数据进行比较的步骤；根据比较结果在显示单元上显示引导画面的步骤；以及将登记在所述存储单元中的生物特征数据与从所采集的图像检测到 的生物特征数据进行核对的步骤。
17、 根据权利要求16所述的生物认证装置的活体引导控制方法，该 生物认证装置的活体引导控制方法还包括在所述显示单元上显示所釆集 的身体图像的外形，作为所述身体图像采集状态数据的步骤。
18、 根据权利要求16所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其中，所述比较步骤包括将对于从所釆集的身体图像中提取生物特征数据 有效的身体图像采集状态数据作为所述图像采集状态数据进行比较的步 骤。
19、 根据权利要求18所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述比较步骤包括将从所采集的身体图像获得的表示所述身体在所 述图像采集单元的图像采集范围内的位置的身体图像采集状态数据作为 所述图像采集状态数据进行比较的步骤。
20、 根据权利要求19所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述比较步骤包括将所述身体相对于所述图像采集单元在水平方向 和垂直方向上的位置作为表示所述身体的位置的身体图像采集状态数据 进行比较的步骤。
21、 根据权利要求17所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述显示步骤包括从所述图像采集单元所采集的图像中提取被采集了图像的手的一部 分的外形的步骤;以及将该外形显示在所述显示单元上的步骤。
22、 根据权利要求19所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述比较步骤包括比较作为从所述图像采集单元采集的图像中提取 的手的一部分的手指的位置的步骤。
23、 根据权利要求22所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其中，所述比较步骤包括比较作为从所采集的图像中提取的手的一部分的 手指的角度的步骤。
24、 根据权利要求22所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述比较步骤包括比较作为从所釆集的图像中提取的手的一部分的 手腕的位置的步骤。
25、 根据权利要求22所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述比较步骤包括比较作为从所釆集的图像中提取的手的一部分的 手指的宽度的步骤。
26、 根据权利要求17所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其中，所述图像采集步骤包括采集所述身体的手的一部分的图像的步骤， 所述手的一部分包括手的手指的一部分和手掌。
27、 根据权利要求18所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其中，所述显示步骤包括将所釆集的图像叠加在所采集的身体图像的外形 上，显示在所述显示单元上的步骤。
28、 一种生物认证装置的活体引导控制方法，该生物认证装置的活 体引导控制方法将用户已登记的生物特征数据与从身体检测到的生物特 征数据进行核对来进行个体认证，该生物认证装置的活体引导控制方法包括通过图像釆集单元来采集所述身体的图像的步骤；从所述图像采集单元所采集的所述身体的图像中提取身体图像采集 状态数据和生物特征数据并将所提取的身体图像采集状态数据和生物特 征数据登记在存储单元中的步骤；在显示单元上显示表示所述身体的外形的引导画面的步骤，其中所 述身体的外形是登记在所述存储单元中的身体图像采集状态数据；以及将登记在所述存储单元中的生物特征数据与从所采集的图像检测到 的生物特征数据进行核对的步骤。
29、 根据权利要求28所述的生物认证装置的活体引导控制方法，该生物认证装置的活体引导控制方法还包括在对所述身体进行图像釆集 后，将所采集的图像叠加在所采集的身体图像的外形上，显示在所述显 示单元上的步骤。
30、 根据权利要求29所述的生物认证装置的活体引导控制方法，其 中，所述显示步骤包括利用虚线来显示所采集的身体图像的外形的步骤。
全文摘要
本发明提供了用于生物认证装置的活体引导控制方法和生物认证装置。该生物认证装置从所采集的身体图像中识别身体的特征并进行个体认证。该装置在核对时将用户引导至登记生物特征数据时的图像采集状态。在登记生物特征数据时，从图像采集单元所采集的图像中提取身体图像采集状态数据，并登记在存储单元中，而在核对时，从存储单元中读取所登记的图像采集状态数据，并将其与核对时所提取的图像采集状态数据进行比较，从而提供对身体的引导。另选的是，显示从登记时的图像采集状态数据中得到的身体在登记时的外形。
文档编号G06K9/00GK101145199SQ20071015407
公开日2008年3月19日 申请日期2007年9月13日 优先权日2006年9月14日
发明者三田靖彦, 岩崎真也, 矢野正幸, 铃木直子, 高久一夫 申请人:富士通株式会社;富士通先端科技株式会社