专利名称：生物体认证装置及方法
技术领域：
本发明涉及利用人的生物体信息尤其是指静脉图案来识别个人的装置及方法。
背景技术：
在对用于安全地管理个人信息及财产的安全技术的关注提高的过程中，尤其是利用了人的生物体信息的生物测定学认证受到瞩目。作为现有的生物测定学认证技术，已知利用指纹、虹膜、声音、脸、手指甲的静脉或指静脉的认证方式。尤其是利用了对生物体照射的红外光被血液中的血红蛋白吸收的静脉认证技术具有以下优点由于仅对手指照射光就能够认证，因此心理的抵触感较低，而且由于利用生物体的内部信息，抗伪造性佳。期待静脉认证在各种领域中的应用，在出入及考勤管理的领域中，跨多个据点的大规模I-N认证的需求正在提高。另外，在金融领域中，在例如仅刷手指就能够不出示卡进行购物的空手结算中的活用受到瞩目。在这样的用途中，需要正确地分辨数万到数百万人规模的用户，要求超出迄今为止的指静脉认证的水准的较高的精度。在专利文献1中，公开了以下方法通过设用于认证的手指为多根，由此使认证精度比利用一根时有所提高。另外，在专利文献2中，公开了以下内容利用多个透镜来拍摄图像，将血管的三维构造用于认证。现有技术文献(专利文献)专利文献1 日本特开2010-035560号公报专利文献2 日本特开2010-395 号公报但是，通过取得多个血管图案图像来增多用于认证的生物体信息，对于运算处理及存储介质而言，会成为较大的负荷。进而，增多生物体信息会由于由外部光线或进行认证的生物体的条件等带来的环境变化而使本人一致率降低，这也会成为问题。另外，取得多个图像来形成血管的三维立体结构需要透镜阵列或多个拍摄装置等，零件数多，可能成为成本增大或妨碍小型化的原因。进而，由于不稳定的三维方向的血管信息或认证时的位置偏差等原因，也存在使本人一致率降低的问题。
发明内容
本发明鉴于这样的问题，第一目的在于，在血管图像提取装置及个人认证装置中， 提取拍摄到的图像中的血管像的浓淡差异作为用于认证的信息，从一幅图像中取得更多的生物体信息。作为用于解决上述问题的本发明的一例，一种个人认证装置，利用从生物体取得的血管图案的特征信息进行个人的认证，其特征在于，具有拍摄部，对所述生物体中的成为认证对象的区域进行拍摄；以及运算部，取得所述拍摄到的图像作为认证图像，所述运算部从所述认证图像中提取血管图案，取得该血管图案的浓淡程度作为所述特征信息。
发明的效果根据本发明，利用拍摄到的血管图案的浓淡差异，能够从一幅图像中取得更多的生物体信息。
图1是实施本发明的认证装置的一例。图2是实施本发明的认证装置的系统结构例。图3是实施本发明的认证装置的系统结构例。图4是实现本发明的登记处理的流程的一例。图5是一致率和出现频率的关系图。图6是画质评价值和识别性评价值的关系图。图7是压力值的变动中的画质评价值的变动的一例。图8是实现本发明的登记处理的流程的一例。图9是实现本发明的认证处理的流程的一例。图10是在手指放置引导部上具有弹性部件的认证装置的结构例。图11是在手指放置引导部和指尖引导部上具有弹性部件的认证装置的结构例。图12是手指放置引导部和指尖引导部连动而沉入的认证装置的结构例。图13是具有距离传感器的认证装置的结构例。图14是使压迫位置远离拍摄部的认证装置的结构例。图15是将手指引导到正确的出示状态的登记画面的一例。图16是实现本发明的认证处理的框图的一例。图17是亮度起伏信息的表现方法的一例。图18是用于认证的指图像、特征点及特征量的一例。图19是血管交叉了的情况的一例。图20是根据特征点距基准点的位置关系进行的血管识别的说明图。图21是进行光量控制的认证装置的结构例。图22是光量调节处理的流程的一例。图23是光量调节处理中的直方图及血管图像的变化的一例。图M是设置了遮光单元的认证装置的一例。符号说明1 手指2认证装置3 光源4拍摄部5指尖引导部6手指放置引导部7压力检测部8弹性部件9手指出示部
10遮光滤波器11图像输入部12计算机13 接口14存储器15存储装置16CPU17显示部18扬声器19输入部21距离检测部22距离测定点41血管图像中的像素3I血管图像51特征点52基准像素53参照像素71指根光源的照射范围72指尖光源的照射范围73光量重叠区域81遮光部
具体实施例方式实施例1以下，参照
本发明的实施方式。另外，在本申请实施例中，特别对手指的静脉认证装置进行说明，但也能够适于如图3所示那样利用手掌等其他生物体的个人认证装置。另外，不言而喻，在提取血管图像的装置即血管图像提取装置中，也能够适用本发明。为了根据图像的浓淡提取用于认证的特征信息，重要的是拍摄到更多的血管信息。但是，例如在登记了使用于认证的信息时和过后重新进行认证对照时，由于所出示的生物体部位向装置按压的方法、出示的方法、外部光线量的差异等此时的生物体的环境变化， 再现性变得不充分成为问题。在本实施例中，鉴于这样的问题，对用于取得更高精度的血管形状及血管浓淡的信息的方式进行说明。图1是实现本发明的个人认证装置的一例，图2是图1的个人认证装置的结构的概略图。利用者在认证时向认证装置2出示手指1。此时，手指1的前端放置于指尖引导部 5，手指1的根部侧放置于手指放置引导部6。若向装置出示手指1，则利用未图示的触摸传感器等检测单元检测手指，并开始认证处理。在手指的检测中，也可以利用距离传感器、温度传感器等其他传感器。
认证装置2是从侧面看的剖视图。在手指放置引导部6和指尖引导部5的下部， 分别设置对出示的手指进行压力检测的压力检测部7-1、7-2。另外，在手指放置引导部6 与压力检测部7-2之间，夹着弹簧等弹性部件8，该手指放置引导部6因与手指的接触产生的压力而向下方沉入。弹性部件8只要是盘簧或板簧、橡胶部件等缓和压力的部件即可，可以是任一部件。详细在后面叙述，但能够降低该沉入施加给引导部的压力。另外，沉入方向可以不是下方，只要是减轻按压的方向可以为任一方向。另外，也可以是仅利用压力检测部 7-1、压力检测部7-2中的任一压力检测部的方式。若实施的装置为台状，则生物体将手指载置到引导部上时，一般而言，手指从生物体侧的斜上方朝引导部按压而被载置。因此。在配置有弹性部件8以便对装置缓和来自正上方向的压力的情况下，弹性部件8缓和的压力可能仅限于垂直成分，而无法减轻水平成分的压力。在本实施例中，如图2和图3那样，弹性部件8为了缓和来自生物体向装置出示手指时的前进方向的按压，被配置成相对于装置上方倾斜朝向生物体侧。通过该方式，弹性部件8能够承受来自手指的更大的压力，因此与缓和来自正上方的压力的配置相比，能够进
一步缓和按压。认证以下面的步骤执行。光源3从手指1的背侧照射红外光。光透过手指1，通过出示手指的认证对象区域的手指出示部9，透过仅让红外波长光透过的光学滤波器10后到达拍摄装置4。光通过拍摄装置4变换成电信号，并经由图像输入部11作为图像被取入到计算机12中。所取入的图像一次(一度)存储到存储器14中。并且，将事前登记的指静脉图案(登记数据)由存储装置15保存至存储器14中，CPU16通过保存于存储器14的程序进行登记图像与所输入的图像之间的对照。计算在对照处理中进行比较的两幅图像间的相关的值，根据该值判定是否与登记的图像一致。根据该结果对个人进行认证，在正确地认证的情况下，对该认证系统的控制对象进行认证时的处理。另外，设置在手指放置引导部6和指尖引导部5的下部的压力检测部 7-1,7-2检测按压了手指时的压力，利用检测出的压力值进行运算，基于运算结果利用显示部17或扬声器18，能够促使利用者减轻压力值或抑制压力值的变动。作为显示部，可以利用显示器、液晶、LED灯等。另外，作为从扬声器18发出的声音，有声音、哔哔声等。作为认证的模式，设置有I-N认证和1-1认证的模式，该I-N认证是以全部登记图像为对象进行对照；该1-1认证是事前输入识别利用者本人所用的ID编号或向读卡器出示 IC卡，仅以与ID编号或IC内的ID信息相对应的登记图像为对象进行对照，在I-N认证模式中，在刚刚向装置出示手指之后开始认证，但在1-1认证中，在利用输入单元19输入ID 编号之后出示手指，并进行认证。另外，不言而喻，CPU或存储器、存储装置、显示部等也能够实现保存在与认证装置 2不同的终端等中。在现有的个人认证装置中，为了使利用者能够再现性好地出示手指，在认证装置中设置用于固定手指的位置的引导部。通过在该引导部上出示手指，拍摄到的静脉图像的再现性变高，能够进行高精度的认证。但是，根据出示手指时的引导部与手指之间的接触状态，有可能受到压迫而血流停止，从而血管图案部分欠缺。进而，若在翘曲(反D返L· )的状态下出示手指，则由于手指的表皮紧张，血管受压迫，血管图案也可能欠缺。若在手指用力按压装置或翘曲的状态下进行登记，则血管图案缺失，与本来具有的血管图案相比，图像在信息不足的状态下被登记。另外，按压压力值或手指的翘曲的程度在每次出示手指都变化，获得的血管图案不稳定，因此认证时的再现性低下。因此，为了实现指静脉认证的高精度化，需要登记没有由手指的按压或手指的翘曲等带来的血管图案缺失的、包含全部血管图案的图像，并且，需要提高在认证时出示的认证手指的再现性。为了提高再现性，通过引导部来固定手指的出示位置，而且用于认证的部分不与装置接触，不产生血管图案的缺失。利用图4的流程说明本实施例中的对用于认证的登记数据进行登记处理为止的一例。首先，在步骤SlOO中，检测对装置出示了手指，在步骤SllO中，根据拍摄到的血管图像计算初始画质评价值。画质评价值列举出例如血管图案的含有率、血管的弯曲区域、分支区域这样的特异性高的区域的含有率等，该血管图案的含有率是采用利用了强调线段的边缘增强滤波器或匹配滤波器的方法、通过追踪线成分来提取线图案的方法，提取图像的剖面轮廓中的亮度值局部凹陷的位置的方法等，来对血管像素及其以外的像素进行二值化而得到的。该血管图案的含有率在使血管图像二值化并分为血管及血管以外之后，可以通过血管像素相对于图像中的全部像素数的比率来表示。另外，特异性高的区域的含有率在将血管图像二值化为血管弯曲或分支的特异的区域及其以外的区域的情况下，可以通过特异区域的像素数相对于图像中的全部像素数的比率来表示。接着，在步骤S120中，通过显示部17等促使减轻出示的手指的压力，在步骤S130 中，再次计算画质评价值。然后，在步骤S140中，计算减轻压力前后的画质评价值的增减量，在画质评价值增加的情况下，进一步指示减轻压力，在画质评价值未增加的情况下，在步骤S150中，检测压力值是否未变动。在压力值变动且不稳定的情况下，在步骤S160中指示使手指静止，以便抑制压力值的变动，并在步骤S170中再次计算画质评价值。在压力值未变动的情况下，在步骤S180中，检查画质评价值是否大于阈值TH。在小于阈值TH的情况下，在步骤S190中指示出示其他手指的出示，在大于阈值TH的情况下，在步骤S200中，作为认证时使用登记数据而登记。在手指出示检测中，利用压力传感器之外，还利用温度传感器、距离传感器、利用了光多普勒效应的血流传感器等，由此能够进行生物体判定，而且能够检测手指的出示。作为画质评价值的阈值TH的决定方法，例如，只要能够在事前准备大量的血管图像数据库，就能够利用该数据库和识别性评价值来决定画质评价值的阈值。识别性评价值是表示对于某一手指的静脉图像，能够何种程度高精度地区别同一手指和其他手指的静脉图像的指标。例如，使某一手指的静脉图像与N张的数据库相对照，该N张的数据库由至少 1张以上的同一手指和其以外的其他手指静脉图像构成。图5 (a)、(b)是以横轴表示使某一手指1和手指2与数据库相对照时的一致率，以纵轴表示一致率的出现频率的曲线。若设手指1的血管图案的再现性高，血管图案能够稳定取得，则各个同一手指之间的一致率变高。并且，若设手指1与其他手指之间的平均的一致率较低，则由于同一手指与其他手指的一致率之间产生较大的差，因此手指1的识别性高。反之，手指2的同一手指之间的一致率低，与其他手指之间的平均的一致率高，因此同一手指与其他手指之间的一致率之差小，所以手指2的识别性低。因此，具体而言，有以与其他手指的一致率的平均越低则识别性评价值越高的方式决定识别性评价值的方法、以与同一手指的一致率和与其他手指的一致率的平均之差的大小为识别性评价值的方法等。若以纵轴为识别性评价值，以横轴为画质评价值绘制数据库内的全部登记数据，则识别性评价值高的图像由于包含的血管量多，包含的血管弯曲或分支的特异区域也多，因此画质评价值也高，如图6那样数值逐渐增大(右肩上力5 >9 )地分布。根据该分布能够统计性地知道，若为何种程度的画质评价值，则同一手指之间一致度高且其他手指之间的一致度低，即是否能够维持高的识别性。通过将与事先想确保的识别性评价值相对应的画质评价值作为阈值设定，在新登记血管图像的情况下，不实际地进行认证实验，仅计算血管图像的画质评价值并登记超过了阈值的血管图像，就能够登记识别性高的血管图像。在发生由手指按压装置带来的血管图案的缺失的情况下，随着利用者减轻压力， 从在各压力下拍摄到的图像中提取的血管图案增加，因此伴随于此，如图7的曲线(graph) 那样，画质评价值也增加。如果在未考虑压力值，设在特征量超过了预先设定的值时血管图像的识别性能被保证并判定为可登记的情况下，即使以图7(a)的曲线的压力值加连续出示手指也能够登记。或者，也可以对减轻压力后的图像的画质评价值与减轻压力以前的图像的画质评价值进行比较，将低于规定的变化率的情况设为识别性能被保障的可登记值。 规定的变化率例如在事前实验中对多个被检者测定在减轻压力后转移到手指静止的状态的过程中的画质评价值的变化率的最小值，可以设该变化率的最小值最大的被检者的变化率为规定的变化率。另外，也可以对每个出示的人决定规定的变化率。实际上，在压力值加中发生血管图案的缺失，若未使力减轻到压力值Ia则不能完全消除由按压带来的血管图案的缺失。通过使利用者减轻压力直到画质评价值的增加消失为止，从而无论手指具有的血管图案的量多少，对每个手指都能够获得没有由按压带来的血管图案缺失的稳定的血管图像。特别是，在被要求登记后成为认证的基准且是可信度最高的数据的登记数据中， 若为比图7(a)中的压力值Ic小的压力值，则血管图案的缺失几乎等于最小的状态即画质评价值最大，因此希望以比压力值Ic小的压力值登记。压力值Ic例如能够与从2个帧前或2个以上之前的帧开始持续减少压力值无关地，作为图像评价值不再增加下去时的压力值而决定。进而，能够区别由以图7(a)的曲线中的压力值3a出示了手指时的血管图案缺失带来的画质评价值不足和如图7(b)的曲线中的压力值Ib那样减轻了压力的状态下的画质评价值不足。因此，对于由血管图案缺失带来的画质评价值不足，通过促使减轻压力，来增加画质评价值并制成可登记的图像，对于如即使减轻了压力的状态下画质评价值也不足那样的原本血管图案少的手指，通过采用促使再出示其他手指等对策来提高登记图像的识别性。通过在登记时也将压力值记录在存储装置5中，在1-1认证的情况下，通过显示部 17等促使以与登记时相同的压力出示手指，由此能够提高再现性。在实施例1中，作为进一步提高认证精度的手段，有效的是手指接触生物体，并设置用于保障来自手指的压力与画质评价值之间产生相关性的接触检测单元。详细在实施例 2中说明。实施例2
在实施例2中，利用图8的流程说明还具有接触检测单元的情况。首先，在步骤 S300中，检测手指的出示，进行步骤S310的画质评价值计算。接着，在步骤S320中，检查画质评价值是否大于阈值TH，在大于的情况下，在步骤S330中进行登记，在小于的情况下， 在步骤S340中，检查压力值是否小于阈值TH2。关于压力值的阈值TH2的决定方法，与上述的画质评价值的阈值TH的一例同样地，以纵轴为识别性评价值，以横轴为登记时的压力值，绘制数据库内的全部登记数据，能够统计性地决定识别性评价值能够维持的登记时的压力值。大于阈值TH2的情况下，在步骤S350中，通过显示部17等指示减轻压力，在小于的情况下，在步骤S360、S370中，进行手指的接触检测。在手指未接触装置的情况下，在步骤S380中进行指示，以便与装置接触，在手指已接触的情况下，在步骤S390中，指示出示其他手指的出示。对于手指的接触检测，为了不使手指按压装置并增加画质评价值而指示减轻压力，但因人而异也有使手从装置离开的情况。在该状态下，不仅无法稳定地提取血管图案， 而且画质评价值反而变低，即使是具有能够登记的程度的血管图案的手指，也可能指示出示其他手指。因此，通过进行手指浮起检测，能够维持在减轻了压力的状态且手指已与装置接触的状态，因此也能够正确地进行指示出示其他手指的引导。作为手指浮起的检测单元， 除了利用压力传感器的输出值以外，也能够利用距离传感器或图像处理。由图像处理进行的手指浮起检测，考虑通过手指的轮廓的变化来检测的方法、通过血管图案的变形来检测的方法等。在实施例1及2中，示出了认证登记数据为止的步骤的一例，但本发明也能够在判定与登记数据进行对照的认证数据的精度时使用。实施例3示出了一例。实施例3利用图9说明本发明中的认证处理的一例。首先，在步骤S400中，检测所出示的手指，在步骤S410中，计算初始画质评价值。接着，在步骤S420中，进行与登记图像的对照。 在I-N认证的情况下，对N个登记图像全部进行对照，在1-1认证的情况下，对特定的一幅登记图像进行对照。在步骤S430中，判定所输入的血管图像和登记图像是否一致，在一致的情况下，在步骤S440中，进行认证后的处理。在不一致的情况下，在步骤S450中，指示减轻压力，在步骤S460中，再次计算画质评价值。在步骤S470中，判定画质评价值是否没增力口，在没增加的情况下，再次进行与登记图像的对照。通过手指放置引导部6因弹性部件8的作用而向下方沉入，由此能够缓和施加给手指的压力，能够抑制血管图案的缺失。另外，手指放置引导部6的沉入方向也可以不是垂直方向。在使之为向朝向指尖的斜前方沉入的情况下，即使如图10(a)那样在手指的根部最初接触手指放置引导部时手指翘曲，也会如图10(b)那样手指放置引导部向斜前方沉入，由此与垂直沉入的情况相比，手指容易弯曲，能够防止由翘曲带来的血管图案的缺失。 另外，弹性部件8也可以夹在指尖引导部与压力检测部之间。如图11(a)、(b)那样，通过指尖引导部向指根侧的斜下方沉入，手指更进一步容易弯曲，难以发生翘曲。另外，如上所述，能够缓和来自生物体向装置出示手指时的前进方向的按压也是通过相对于装置上方倾斜朝向生物体来配置而得到的效果。集合多个被检者进行事前实验，将最多的登记时的压力值等作为弹性部件8开始沉入的压力值，通过促使利用者尽量不使弹性部件8沉入地利用，在登记中及认证中无需特别的指示，就能够引导到特定的压力状态，因此提供再现性。或者，通过将弹性部件8沉入的临界位置设定为在多个手指中不发生翘曲和过量的弯曲的恰当的位置，从而最佳的手指状态容易再现。另外，若要比上述恰当位置更深地沉入，则弹性部件8的回弹力发生变化，能够使从恰当位置沉入变得困难。另外，也可以如图12(a)、(b)那样，使指尖引导部5和手指放置引导部6连动地沉入。图2的静脉认证装置可以不利用弹性部件8。在不利用弹性部件8的情况下，容易发生手指的翘曲。但是，通过弹性部件8以外的单元能够检测手指的翘曲。例如，通过利用距离传感器等距离检测部21来测定手指与传感器之间的距离，从而能够检测手指的翘曲。 如图13(a)、(b)那样，测定手指的指肚侧或背侧的在手指的长轴方向上延伸的直线上的3 个点以上的距离测定点22-1、22-2、……、22-N与距离传感器间之间的距离，根据与放置了平面的物体时的测定距离之间的偏差，能够检测出手指的翘曲或弯曲的状态、手指浮起。作为距离传感器，可以利用光学式或超声波式等。另外，压力检测部7-1和压力检测部7-2可以设置在装置整体的下部。通过在手指放置引导部6、指尖引导部5和装置下部这三处设置压力检测，能够知道施加给装置整体的压力的明细。因此，通过在登记时也记录压力的明细，在1-1认证时能够进一步提高再现性。即使引导为减轻压力，由于产生超过手指和装置接触的严重压迫，因此有时血管图案缺失。因此，与图14(a)相比，通过如图14(b)那样以使手指放置引导部6及指尖引导部5的与手指的接触位置远离拍摄装置4的方式配置，来降低由按压对血管图案缺失的影响。图15是表示在登记时利用者的手指的出示状态并进行向正确的出示状态进行引导的登记画面的一例。登记时，多数利用者不熟悉认证装置，因此需要引导手指的出示方法。在显示器等显示部17上显现出手指1的出示状态，利用者一边观察该显示部17，一边按照引导来改变手指的出示状态。作为显现在显示部17上的信息，是压力检测部7的输出值、画质评价值、手指浮起的检测信息、手指的弯曲程度、手指的翘曲程度、弹性部件8的沉入程度等。根据手指的出示状态，实时切换显现在显示部17上的信息。例如，在按压的压力过大的情况下，一并显示表示压力值的指示器和用力按压手指的状态的示意图或动画等，并在显示部17上显示请减轻按压的压力等引导语。在出现手指浮起，手指弯曲、手指翘曲、弹性部件8的沉入的情况下，通过各个状态的示意图或动画等来表现手指浮起的状态、手指弯曲的状态、手指翘曲的状态、弹性部件8沉入的状态，并且在显示部17上一同显示请不要浮起手指、请不要弯曲、请不要翘曲等引导语。以这些信息为基础，利用者能够知道怎样出示手指为好。另外，关于是否正确地修正手指的放置方法，能够一边看指示器一边即时确认。利用者按照画面的引导正确地进行登记作业，由此在登记时能够解决即使管理者在场也难以发现的、由手指的按压或手指的浮起等带来的血管图案缺失、血管图案变化的问题。在本发明的登记处理中，利用者即使按照指示出示了手指，也存在在画质评价值较低的情况下促使出示其他手指的情况。因此，想到因人而异地出示多根手指的情况。由于新出示的第二根以后的手指的血管图像的画质评价值未必比最初的手指的高，因此在促使出示多根手指的情况下，登记拍摄到的血管图像中的画质评价值最高的手指。另外，也可以促使全部的登记者出示多根手指，并登记多根手指中的、血管图像的画质评价值最高的手指。在登记全部的手指的血管图像时，也可以指示出示在认证时画质评价值最高的手指。这样，通过画质评价值及压力控制，拍摄更鲜明的血管图案，并更多地提取血管的信息，由此能够更高精度地提取血管的浓淡的信息。实施例4在实施例4中，对根据作为认证用的图像而取得的图像的血管图案的浓淡来提取特征信息的单元进行说明。使用图16的认证装置的处理模块对利用了特征点匹配方式的认证处理步骤的一实施例进行说明。首先，将保存在存储器14中的血管图像31作为输入，在步骤S500中进行检测手指出示的处理。若检测到手指出示，则在步骤S510中，调整光源3的光量，以便得到最鲜明的血管图像。这可以利用始终监视图像的平均亮度值并根据该值对光量进行反馈控制的方法、对指静脉图案的图像施加判定图案的鲜明度的评价函数并实施如使其结果最优化的光量调节的方法等。作为静脉图案的鲜明度判定的例子，可以以提取的血管量变得越多则图案越鲜明的方式来决定评价函数。接着，进行步骤S520的前处理。拍摄到的血管图像大多包含手指表面的皲裂、皱纹等血管以外的噪声，血管并不是一定被鲜明地表现出来。因此，需要仅强调血管并抑制噪声的处理。作为前处理，利用边缘保持平滑化滤波、非锐化屏蔽(un sharp masking)等方法。前处理后，在步骤S530中，根据强调了血管的图像直接检测特征点51。图17(a)、 (b)是表示某个血管图像上的3个点41-1、41-2、41-3和连接这3个点的直线上的亮度曲线 (profile)的示意图。特征点的检测例如利用如图17(a)的血管图像上的直线上、通过3个点以上的亮度值的高低差能够表现的曲率或角度、通过2点间的亮度差分能够表现的梯度等的亮度的起伏。以下，将该亮度差分的信息称为亮度起伏信息进行说明。根据如图18(a)的一幅血管浓淡图像，通过利用亮度梯度、亮度曲率等来检测亮度起伏形状稳定且特异的血管中的分支点、弯曲点。之后，在步骤S540中，根据检测到的特征点51提取特征量。可以利用将亮度梯度或亮度曲率等作为特征点51周边的亮度起伏信息来特征量化的方法、结合特征点51周边的亮度起伏信息和特征点周围的血管的血流方向来特征量化的方法等。作为对特征点51周边的亮度起伏信息进行特征量化的方法的一例，由将以特征点51为中心的D 像素XD像素的正方形区域分割成3X3的9个区域，并将对每个区域制成的8个方向的亮度方向直方图(图16(b))作为特征量的方法。一个特征点具有的特征量成为特征点51的位置信息及72维的亮度起伏信息。9 个区域各自的亮度梯度直方图通过计算与以位于各区域中心的基准像素52为基准而离开距离d的8个方向各自的参照像素53之间的亮度值的差分作为梯度而获得。最后，进行步骤S550的特征量对照处理。循环比较登记图像的全部特征点和对照图像的全部特征点，并建立对应。在特征量最接近的特征点之间的特征量的类似度大于预先设定的阈值的情况下，进行关联。将使登记图像和对照图像的全部特征点数建立起对应后的特征点数的比率作为一致率，在一致率大于事前设定的阈值的情况下，判定为两图像的手指为同一人物的。通过利用与各对应点成对的坐标的位置关系，能够在对照的图像间进行正确的定位，该各对应点是通过登记图像与输入图像的特征点建立对应而得到的。不仅通过图像平面上的旋转移动或平行移动，而且通过在修正三维几何畸变并进行了定位之后，利用模板匹配方式等特征点匹配以外的方法进行对照，由此与单独利用特征点匹配方式或模板匹配方式进行对照相比，能够提供同一手指的静脉图案的一致率。在具有出示手指时的自由度大且使用方便的高便利性的认证装置中，容易发生手指的位置偏差或摇晃，出示的手指的再现性变低。因此，在模板匹配方式等利用仅表示血管的有无的血管图案的对照方法中，若手指的出示位置的偏差变大，则在对照的图像之间，一致的区域狭窄，用于识别个人的信息不足，认证精度降低。因此，即使在对照的图像间的一致的区域狭窄的情况下，通过利用比仅表示血管有无的血管图案等现有的信息多的信息， 能够较高地维持认证精度。如图19(a)和(b)的、二根血管交叉的二个血管图像，若是以二值表示血管和血管以外的血管图案，则判定为同一血管，无法区分。但是，通过利用由亮度起伏带来的浓淡的深浅信息，能够掌握交叉的二根血管的前后关系，图19(a)和(b)能够被区别为不同的血管。因此，在图19(a)中，5个点61a、62a、63a、64a、65a中的、位于同一血管上的63a、61a、 65a这3个点成为相近的亮度，在其后绵延的血管上的62a、6^这2个点成为相近的亮度。 在图19(b)中，由于二根血管的前后相反，所以具有以下特征62b、61b、64b这3个点成为相近的亮度，6北、6恥这2个点成为相近的亮度。因此，血管交叉的区域比其他区域的特异性高，具有更多的特征信息，因此识别性也高。因此，优先登记较多地包含血管交叉区域的手指，对照时，在对交叉区域的特征量较大地进行加权的基础上进行对照，并优先对照交叉区域的特征量，由此能够实现认证精度的高精度化和认证的高速化这两者。另外，不仅将血管的信息设为特征量，还结合存在于手指表面的指纹、皱纹等信息来作为特征量，从而能够进一步提高识别性。例如，想到了以下方法等在利用上述的方法从血管上的分支点、弯曲点中检测出特征点之后，不仅将特征点周边的血管的亮度梯度信息设为特征量，而且还将与特征点的检测位置相对应的手指表面上的点周边的手指表面的指纹信息和皱纹信息设为特征量的方法。进而，对提取的特征点进行比较，并结合各特征点在血管图案上的进深方向，能够识别各特征点的位置关系。例如，关于如图20(a)的二种血管，设在各个血管上存在具有相同特征信息的特征点A B。在这种情况下，若仅仅分别对比二个血管A和A、B和B、C和C之间的特征信息，则判断为二个血管为同一血管。因此，如图20(b)那样，为图像的亮度设定规定的基准值，比较该亮度和各特征点的亮度，由此能够取得各特征点之间的亮度值的关系即与拍摄到图像平面上的血管的进深方向的形状相关的信息，能够识别图20(a)中的二个血管。进而，不依赖于光源的照射强度或光源的位置等，从静脉图像的血管上利用亮度起伏信息(最小曲率等)提取多个总是在同一位置检测的特征性的点，能够一边将提取到的特征点彼此连接，能够一边重建血管图案的亮度起伏结构。提高将该重建的进深方向的血管形状与二维中的模板匹配同样地用于认证，与一个一个特征信息进行比较的情况相比，能够格外减轻运算负荷。另外，重建的血管形状是根据进深信息稳定的特征点生成的，因此与根据拍摄到的图像直接构建三维立体结构的情况相比，能够得到稳定且认证精度高的血管图案。在重建时，通过推定并修正所期望的明亮度的亮度起伏状态，能够使亮度非常亮/ 暗的区域的亮度起伏与光源的照射强度的变化相对应。另外，若光源的位置不同，则静脉图像的整体的亮度倾斜变化，但通过根据该亮度倾斜推定手指和光源的相对位置，以亮度倾斜变平的方式进行修正，由此能够与光源的位置的变化相对应。在将在本实施例中说明的利用特征点匹配方式的指静脉认证方法设为方式々，将利用现有的模板匹配方式的认证方式等设为方式B的情况下，结合方式A和B的认证结果， 来得到最终的认证结果，由此能够实现更高的认证精度。也可以单独进行实施例4的处理，但通过利用实施例1中说明的画质评价值，对拍摄到的图像进行实施例1的处理，利用判定为拍摄了足够的血管图案的图像作为认证图像，由此构成用于认证的图像的像素的亮度差更鲜明，通过得到更高精度的亮度起伏信息， 能够提高认证精度。为了更多更正确地取得亮度起伏信息，有效的是更精密地控制从光源照射出的光量，能够进一步提高认证精度。另外，即使在提取了在实施例1及2中示出的画质评价值， 通过更恰当地控制光量，能够得到鲜明的血管图案图像及精度高的含有率。实施例5示出了恰当地控制光量的方法的一例。实施例5本实施例是使如图21那样出示的手指的上部敞开，使利用者不感到压迫感的装置形状。在装置的限制方面，通过配置在指尖斜前方的两个光源来照射手指整体。在来自光源的照射光量大，产生曝光过度(白飛t/ )等亮度饱和的情况下，亮度饱和区域失去起伏信息，因此在利用亮度起伏的认证方式中，不希望亮度饱和的存在。但是， 若照射强度弱，光量不足，则产生亮度差，血管图像整体变暗，不能得到鲜明的血管图像。因此，尤其是对于利用亮度起伏的认证方式，希望取得没有亮度饱和也没有亮度差的鲜明的血管图像。对于实施例4中的为了较多且正确地取得亮度起伏信息，这样的控制也是有效的。图22是二阶段光量调节的流程的一例。首先，先在步骤S600中点亮初始光量。 接着，在步骤S610、S620中，将多个光源3的光量比率固定在初始光量的比率并使照射强度发生变化，来决定最佳照射强度。所谓的最佳照射强度，表示亮到不发生某一光量比率下的亮度饱和的边界为止的照射强度。初始光量的光量比率的决定方法例如能够通过预先对多个手指进行光量控制实验，并选择以最多的手指作为最佳而设定的光量比率等的方法来决定。若固定光量比率而改变照射强度，则血管图像的亮度直方图保持形状直接平移(图 23(a)中从状态1到状态2的推移)。通过一次以某一适当的照射强度照射，能够求出照射强度和直方图的位置相关，能够推定最佳照射强度。接着，在步骤S630中，基于最佳照射强度，以预先决定的数图案的不同的光量比率点亮多个光源，在步骤S640中，决定最佳光量比率，使得图像整体同样明亮。最佳光量比率是基于表示亮度直方图的一贯性(t i t >9 ) 的好坏程度的指标而决定的。例如，在将指标设为亮度分散的情况下，随着分散变小，直方图的基于平均亮度的开度(裾野)变小，将分散度达到最小的光量比率设为最佳光量比率 (图23(b)中的从状态2向状态3的推移)。在图21的装置结构的光源的配置中，要照射指根侧的指根光源的照射范围71与要照射指尖侧的指尖光源的照射范围72存在重合的区域73，该区域根据手指的粗细、长度而变化。因此，在独立控制各光源的情况下，有时形成亮度饱和区域或由光量不足引起的暗的区域，并且有时发生亮度差。因此，需要同时决定不发生亮度饱和的最佳照射强度及使手指整体无不均地同样亮的最佳光量比率。通过进行在最初决定最佳照射强度和最佳光量比率中的任一个之后决定另一个的二阶段光量控制方式，无论手指的粗细及长度如何，都能够获得无亮度差及无亮度饱和的鲜明的血管图像。在本实施例中，求出最佳照射强度之后，基于最佳照射强度求出最佳光量比率，但也可以在求出最佳光量比率之后，基于最佳光量比率求出最佳照射强度。另外， 无需一定经二个阶段进行光量调节，也可以使照射强度和光量比率同时变化来决定最佳照射强度和最佳光量比率，并进行光量调节。本实施例若与实施例1至4所示的方法等组合，则能够求出更高精度的画质评价值和亮度起伏信息，能够得到更高的认证精度，但作为仅利用本实施例的单独的方法也能够实施。在实施本实施例时，通过在多个光源之间设置防止照射范围重叠的遮光部，能够更高精度地设定高效的光高度和光量比率。实施例6示出了一例。实施例6图是设置用于防止多个光源的照射范围重合的遮光部81的个人认证装置的输入接口的一结构例。图M(a)、(b)、(c)是输入接口的侧面图。如图21那样，在二个光源的照射范围重叠的情况下，如图对(幻那样，遮光部81 遮住照射指根部侧的光源的照射光的一部分，由此照射范围变得不重合，无需考虑光源之间的相互关系，因此能够独立地控制多个光源。但是，由于如图对…)那样设置遮光部81，根据手指的大小，有时照射范围没有遍及手指整体。因此，通过如图M(C)那样使遮光部81为可动式，能够与手指大小的个人差相对应，明亮地照射手指整体。工业实用性能够作为使用了血管图案的个人认证装置、血管图案提取装置来利用。
权利要求
1.一种个人认证装置，利用从生物体取得的血管图案的特征信息进行个人的认证，其特征在于，包括拍摄部，对所述生物体中的成为认证对象的区域进行拍摄；以及运算部，取得所述拍摄到的图像作为认证图像，所述运算部从所述认证图像中提取血管图案，并取得该血管图案的浓淡程度作为所述特征信息。
2.根据权利要求1记载的个人认证装置，其特征在于， 所述运算部，取得所述血管图案上的具有规定特征的点作为用于生成所述特征信息的特征点， 分别运算所述特征点和所述特征点附近的多个像素的所述浓淡程度， 取得多个所述浓淡程度作为所述特征点具有的特征信息。
3.一种个人认证装置，利用从生物体取得的血管图案的特征信息进行个人的认证，其特征在于，包括拍摄部，对所述生物体中的成为认证对象的区域进行拍摄；以及运算部，取得所述拍摄到的图像作为认证图像， 所述运算部，基于形成所述用于认证的图像的多个像素的各自的亮度，取得所述血管图案上的具有规定特征的点作为用于生成所述特征信息的特征点，分别运算所述特征点和该规定的像素附近的多个像素之间的亮度差的程度，取得多个所述亮度差的程度作为所述特征点具有的特征信息。
4.根据权利要求2记载的个人认证装置，其特征在于，所述附近的像素是距所述特征点等距离的像素。
5.根据权利要求2记载的个人认证装置，其特征在于，所述运算部优先取得位于多个血管交叉的点的所述特征点。
6.根据权利要求1记载的个人认证装置，其特征在于，所述运算部将所述认证图像与预先存储的具有所述特征信息的登记图像相对照。
7.根据权利要求6记载个人认证装置，其特征在于，所述运算部利用所述认证图像中的所述特征点具有的特征信息和所述登记图像中的特征点具有的特征信息，进行所述认证图像和所述登记图像的定位。
8.根据权利要求2记载的个人认证装置，其特征在于， 所述特征点为多个，所述运算部，取得所述多个所述特征点的各自的亮度，作为由来于相对于形成所述认证图像的平面垂直方向的所述血管图案的形状的进深信息，根据所述进深信息，提取基于所述垂直方向上的所述多个特征点的各自的相对关系的 fn息，分别作为所述多个特征点具有的特征信息而取得。
9.根据权利要求3记载的个人认证装置，其特征在于， 所述运算部，根据所述进深信息，取得所述血管图案的所述垂直方向的形状， 利用用于所述认证的图像的平面方向上的所述血管图案的形状和所述垂直方向的血管图案的形状进行认证。
10.根据权利要求1记载的个人认证装置，其特征在于， 所述运算部，运算基于构成所述拍摄到的图像的多个像素中的、构成所述血管图案的图像的像素的比例的画质评价值，在所述画质评价值为规定值以上时，取得所述拍摄到的图像作为所述认证图像。
11.根据权利要求10记载的个人认证装置，其特征在于，所述画质评价值是构成所述拍摄到的图像的全部像素中的、构成所述血管图案的图像的含有率。
12.根据权利要求10记载的个人认证装置，其特征在于，所述运算部具有显示所述运算部的运算结果的显示部。
13.根据权利要求12记载的个人认证装置，其特征在于，在所述画质评价值低于所述规定值时，所述运算部使所述显示部显示促使所述生物体将成为所述认证对象的区域变更为其他的区域的指示。
14.根据权利要求12记载的个人认证装置，其特征在于，还包括 引导部，支撑成为所述认证对象的区域以外的部位；以及压力检测部，检测施加到所述引导部上的、来自所述生物体的压力， 所述运算部，运算来自所述生物体的压力的值，在所述画质评价值低于规定值时，使所述显示部显示促使所述生物体降低所述压力的指示。
15.根据权利要求14记载的个人认证装置，其特征在于，所述运算部具有警告部，在所述画质评价值低于规定值时或者在所述压力高于规定值时，发出警告音。
16.根据权利要求14记载的个人认证装置，其特征在于，在所述画质评价值为第一规定值以上的值且所述压力检测部检测出的来自所述生物体的压力的值为第二规定值以下的值时，所述运算部取得所述图像作为用于认证的信息。
17.根据权利要求14记载的个人认证装置，其特征在于，还包括接触检测部，该接触检测部检测所述部位对所述出示引导部的接触或非接触， 由所述接触检测部判别为所述生物体与所述引导部非接触时，所述运算部使所述显示部显示促使所述生物体使手指接触的指示。
18.根据权利要求14记载的个人认证装置，其特征在于，所述引导部按照所述压力而工作。
19.根据权利要求18记载的个人认证装置，其特征在于， 所述弓I导部具有缓和所述压力的弹性部件，所述弹性部件从相对于所述个人认证装置的接地面垂直的方向向要进行认证的所述生物体存在的方向斜向前进地设置。
20.一种运算装置，为了进行个人认证，取得具有从生物体取得的血管图案的特征信息的图像，其特征在于，基于形成所述图像的多个像素的各自的亮度，取得所述血管图案上的具有规定特征的点作为用于生成所述特征信息的特征点，分别运算所述特征点和该规定的像素附近的多个像素之间的亮度差的程度， 取得多个所述亮度差的程度作为所述特征点具有的特征信息。
全文摘要
本发明提供生物体认证装置及方法。以提取拍摄到的图像中的血管像的浓淡不同作为用于认证的信息，并从一幅图像中取得更多的生物体信息为第一目的。一种个人认证装置，利用从生物体取得的血管图案的特征信息进行个人认证，其特征在于，具有拍摄部，对所述生物体中的成为认证对象的区域进行拍摄；以及运算部，取得所述拍摄到的图像作为认证图像，所述运算部从所述认证图像中提取血管图案，取得该血管图案的浓淡程度作为所述特征信息。
文档编号G06K9/00GK102467663SQ201110267069
公开日2012年5月23日 申请日期2011年9月9日 优先权日2010年11月4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