專(zhuān)利名稱(chēng)：基于激光眼底血流測(cè)定的個(gè)人認(rèn)證方法及個(gè)人認(rèn)證裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于眼底的血流測(cè)定的個(gè)人認(rèn)證方法及個(gè)人認(rèn)證裝置，具體 而言，涉及具有如下特征的個(gè)人認(rèn)證方法及其裝置利用特定的激光束，測(cè)
定視網(wǎng)膜或脈絡(luò)膜等內(nèi)部組織的血管內(nèi)的血流。
背景技術(shù)：
很久以前開(kāi)始所普及的個(gè)人認(rèn)證方式是基于指紋的方式，但最近開(kāi)發(fā)并 廣泛利用著各種自動(dòng)認(rèn)證法以取代肉眼觀察比較法，上述自動(dòng)認(rèn)證法是指， 組合基于圖像傳感器或半導(dǎo)體傳感器以及計(jì)算機(jī)的圖像處理來(lái)所實(shí)施的方 法。另外，最近，對(duì)于如下方法也已實(shí)現(xiàn)了實(shí)用化利用近紅外光和圖像傳 感器來(lái)讀取手指尖或手掌的皮下靜脈圖案，提取分叉點(diǎn)等特征，以此進(jìn)行個(gè) 人認(rèn)證。然而，不管是哪一方法，都并不很理想，都處于與偽造作斗爭(zhēng)的狀 態(tài)。
例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1及2公開(kāi)了一種利用激光的鮮明且高分辨率的指紋傳 感器，但無(wú)法利用該指紋傳感器來(lái)判別假指紋。與此相對(duì)，專(zhuān)利文獻(xiàn)3公開(kāi) 了如下的方法利用普通光線，通過(guò)靜脈圖案來(lái)進(jìn)行個(gè)人認(rèn)證，并且還通過(guò) 光學(xué)方法來(lái)檢測(cè)出脈搏，以此判定被認(rèn)證者是否活著。該方法雖不是指紋識(shí) 別，但能夠確認(rèn)被認(rèn)證者是否活著，所以有效地防止偽造。但是，在基于靜 脈圖案的認(rèn)證的可靠性以及裝置過(guò)于復(fù)雜等方面，還存在問(wèn)題。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1: JP特開(kāi)平5-73666號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)2: JP特開(kāi)平8-16752號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)3: JP特開(kāi)2003-331268號(hào)公報(bào)
另一方面，眾所周知，若向身體照射激光，則其反射散射光的強(qiáng)度分布 是借助血球等移動(dòng)散射粒子形成的動(dòng)態(tài)的激光散斑(laser speckle)(隨機(jī)的 斑點(diǎn)圖樣)，通過(guò)圖像傳感器在成像面上檢測(cè)該圖案，對(duì)圖樣在各像素上的 隨時(shí)間變化進(jìn)行定量并顯示為圖，從而能夠以圖像顯示身體表面附近的毛細(xì) 血管的血流分布。而且，本申請(qǐng)的發(fā)明者提出了一些利用這種現(xiàn)象來(lái)測(cè)定皮下或眼底的血流圖的技術(shù)以及裝置(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)4 9)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)4: JP特公平5-28133號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)5: JP特公平5-28134號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)6: JP特開(kāi)平4-242628號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)7: JP特開(kāi)平8-112262號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)8: JP特開(kāi)2003-164431號(hào)公報(bào) 專(zhuān)利文獻(xiàn)9: JP特開(kāi)2003-180641號(hào)公報(bào)
本申請(qǐng)的發(fā)明者在將血流圖和指紋圖案的組合利用于個(gè)人認(rèn)證中的概念 的基礎(chǔ)上專(zhuān)心研究，已提出了通過(guò)測(cè)定皮下血流來(lái)實(shí)施的個(gè)人認(rèn)證方法及其 裝置。g卩，提出了一種個(gè)人認(rèn)證方法和用于執(zhí)行該方法的各個(gè)工程的裝置， 其中，該方法的各個(gè)工程為(1)將激光束擴(kuò)束并照射至指肚上，并使用光 學(xué)系統(tǒng)，將被皮下血管層反射的光在圖像傳感器上成像為激光散斑的工序； (2)計(jì)算出用于表示激光散斑的各像素的受光量隨時(shí)間變化的速度的量，例 如，計(jì)算出平均時(shí)間變化率或根據(jù)圖像傳感器的曝光時(shí)間來(lái)積分的受光量的 變化度的倒數(shù)，并將其數(shù)值轉(zhuǎn)化為二維圖(two-dimensional map)得到指肚 的血流圖的工序；(3)將以血流圖示出的指紋圖案與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn) 行比較判定的工序(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)10)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)10:國(guó)際公開(kāi)第05/122896號(hào)小冊(cè)子
另外，本申請(qǐng)的發(fā)明者對(duì)上述方法加以改進(jìn)，發(fā)明了如下的方法及裝置， 即，將特定波長(zhǎng)的激光作為照明光照射至手指尖，或者，將波長(zhǎng)不同的多個(gè) 激光同時(shí)或依次照射至手指尖，針對(duì)反射光求出重疊的血流速圖或多個(gè)血流 速圖(PCT/JP2007/050060)。激光的組織侵入深度(invasion depth)特性根 據(jù)其波長(zhǎng)而不同，所以若利用如可見(jiàn)光那樣波長(zhǎng)短的光線，則只能得到靠近 表面的血流分布即指紋圖案，但若利用如近紅外光那樣波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，則能夠 侵入到組織內(nèi)部的深處，所以能夠得到反映內(nèi)部的血流分布的血流圖。內(nèi)部 的血流分布也會(huì)存在個(gè)人差，所以很難偽造，因此若將上述內(nèi)部的血流分布 加入到認(rèn)證數(shù)據(jù)中，則通過(guò)其相乘效果能夠提高個(gè)人核對(duì)精度。
以往，提出了對(duì)個(gè)人的身體信息、例如來(lái)自眼底照相機(jī)所拍攝圖像的信 息進(jìn)行編碼、加密以形成簽名數(shù)據(jù)或密碼的方法及裝置(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)11 12)。然而，到目前為止，還沒(méi)有提出過(guò)對(duì)血流數(shù)據(jù)和本申請(qǐng)的發(fā)明者首先提 出的個(gè)人認(rèn)證方法進(jìn)行組合的技術(shù)方案，其中，上述血流數(shù)據(jù)是指，通過(guò)對(duì) 于眼底血流的圖像化所得到的視網(wǎng)膜上血管的走向、動(dòng)脈和靜脈的分布形狀、 還有位于視網(wǎng)膜背后的脈絡(luò)膜血管層的分布、血流隨時(shí)間變化等數(shù)據(jù)。
專(zhuān)利文獻(xiàn)ll: JP特開(kāi)平11-215119號(hào)公報(bào)
專(zhuān)利文獻(xiàn)12: JP特開(kāi)平11-149453號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問(wèn)題
本申請(qǐng)的發(fā)明者利用用于求出眼底血流速圖的方法及裝置來(lái)測(cè)定了眼底 血流速分布，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)了視網(wǎng)膜上的血管走向、動(dòng)脈和靜脈的分布形狀、 還有位于視網(wǎng)膜背后的脈絡(luò)膜血管層的分布、血流隨時(shí)間變化等所有血流數(shù) 據(jù)都能夠利用于個(gè)人認(rèn)證中，其中，上述求出眼底血流速圖的方法及裝置將 激光束擴(kuò)束并照射至眼底，利用光學(xué)系統(tǒng)將照射光斑成像在二維圖像傳感器 上，并按照各像素分別計(jì)測(cè)在像面上發(fā)生的干涉圖樣隨時(shí)間變化，以此求出 眼底血流速圖。因此，本發(fā)明的目的在于，基于這種發(fā)現(xiàn)來(lái)提供一種個(gè)人認(rèn) 證方法及裝置，上述個(gè)人認(rèn)證方法及裝置利用將激光束照射至眼底所得到的 眼底血流速圖，使精度比以往大幅度提高。
用于解決問(wèn)題的手段
在本申請(qǐng)中，技術(shù)方案1是一種個(gè)人認(rèn)證方法，將激光束擴(kuò)束并照射至 眼底，利用光學(xué)系統(tǒng)將被眼底的視網(wǎng)膜血管以及位于眼底內(nèi)部組織的血管層 反射的光在圖像傳感器上成像為激光散斑，計(jì)算用于表示激光散斑的各像素 的受光量隨時(shí)間變化的速度的量，將其數(shù)值轉(zhuǎn)化為二維圖求出眼底的血流圖， 并將該血流圖與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)，其特征在于，利用能夠 到達(dá)眼底的內(nèi)部組織的激光束來(lái)測(cè)定根據(jù)反射光求出的血流圖，利用該血流 圖內(nèi)所觀察到的血流分布數(shù)據(jù)、反映了視網(wǎng)膜血管的走向的圖案、與其重疊 觀察到的反映了眼底內(nèi)部組織的血管的走向的圖案、它們隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù) 中的至少一種，將其與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)。
技術(shù)方案2是如技術(shù)方案1所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在于，作為激
6光束，采用波長(zhǎng)在可見(jiàn)光到近紅外光的范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)激光束。
技術(shù)方案3是如技術(shù)方案1或2所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在于，激
光是波長(zhǎng)約為770 1500nm的范圍內(nèi)的近紅外激光。
技術(shù)方案4是如技術(shù)方案1 3中任一項(xiàng)所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在 于，另外獨(dú)立地設(shè)置能夠觀察激光束通過(guò)瞳孔時(shí)的位置的照相機(jī)部，并對(duì)從 該照相機(jī)部得到的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，以此控制光學(xué)系統(tǒng)的位置。要向眼底 的測(cè)定部位正確地照射激光，則必須避免通過(guò)瞳面的激光束因瞳孔而發(fā)生漸 暈現(xiàn)象，但如果設(shè)置用于觀察瞳面的照相機(jī)部，對(duì)從該照相機(jī)部得到的圖像 信號(hào)進(jìn)行處理，以此控制血流測(cè)定系統(tǒng)全體的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，則能夠使激光束通 過(guò)瞳孔開(kāi)口內(nèi)的正確位置。
技術(shù)方案5是如技術(shù)方案1 4中任一項(xiàng)所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在 于，為了觀察視神經(jīng)乳頭部的血管走向而引導(dǎo)視線。該發(fā)明的特征在于，為 了觀察視網(wǎng)膜血管所集中的視神經(jīng)乳頭部的血管圖案而引導(dǎo)視線。
技術(shù)方案6是一種個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在于，具有 一個(gè)或者多個(gè)照 射單元，用于將近紅外激光束擴(kuò)束并照射至眼底；受光單元，具有多個(gè)像素， 用于接收來(lái)自眼底的視網(wǎng)膜血管及位于眼底內(nèi)部組織的血管層的反射光；存 儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)通過(guò)該受光單元所得到的上述各像素的輸出；運(yùn)算單元， 根據(jù)該存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)內(nèi)容，計(jì)算用于表示上述各像素的受光量隨時(shí)間變化 的速度的量；第二存儲(chǔ)單元，用于將針對(duì)上述各像素所得到的計(jì)算結(jié)果的二 維分布存儲(chǔ)為血流圖；提取單元，用于提取在該第二存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的血流 圖中觀察到的血流分布數(shù)據(jù)、反映了視網(wǎng)膜血管的走向的圖案、與其重疊觀 察到的反映了眼底內(nèi)部組織的血管的走向的圖案、它們隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)中 的至少一種；比較判定單元，用于將該提取數(shù)據(jù)與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行 比較判定。
技術(shù)方案7是如技術(shù)方案6所述的個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在于，另外獨(dú) 立地設(shè)置能夠觀察激光束通過(guò)瞳孔時(shí)的位置的照相機(jī)部，并具有控制單元， 該控制單元對(duì)從該照相機(jī)部得到的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，以此控制光學(xué)系統(tǒng)的 位置。
而且，技術(shù)方案8是如技術(shù)方案6或7所述的個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在 于，具有視線引導(dǎo)單元，該視線引導(dǎo)單元為了觀察視神經(jīng)乳頭部的血管走向而引導(dǎo)視線。 發(fā)明效果
本發(fā)明的個(gè)人認(rèn)證方法與密碼或個(gè)人識(shí)別碼(Personal identification number)等相比，可以說(shuō)難以偽造。以往的方法均都利用靠近身體表層部分 的信息，如皮膚的凹凸、皮下的靜脈及血流分布等，所以只要第三者趁著本 人不注意配置傳感器，則無(wú)法否定身體信息被盜的危險(xiǎn)性。本發(fā)明在應(yīng)用利 用了激光散斑的血流圖像化技術(shù)的這一點(diǎn)上，與本申請(qǐng)的發(fā)明者已提出的基 于指肚血流測(cè)定的個(gè)人認(rèn)證方法類(lèi)似，但本發(fā)明的特征在于，作為測(cè)定對(duì)象 選擇了位于更深處且無(wú)法以簡(jiǎn)單的方法把握的眼底血流。
個(gè)人認(rèn)證時(shí)， 一般很難以模仿為目的生成模仿視網(wǎng)膜血管圖案的血流分 布，而且，進(jìn)而要在其上重疊眼底內(nèi)部組織的血流分布及搏動(dòng)成分，則難上 加難。因此，本發(fā)明的方法能夠構(gòu)建比基于指肚血流的個(gè)人認(rèn)證方法及裝置 更加堅(jiān)固的認(rèn)證系統(tǒng)。


圖1是基于眼底血流測(cè)定的個(gè)人認(rèn)證方法的說(shuō)明圖。 圖2是示出了眼底血流圖的測(cè)定例的圖。 圖3是示出了眼底血流圖的測(cè)定例(血流最高時(shí))的圖。 圖4是示出了眼底血流圖的測(cè)定例(血流最低時(shí))的圖。 圖5是示出了將眼底血流圖分割為10X10個(gè)區(qū)域的例子的圖。
附圖標(biāo)記的說(shuō)明 1眼球 2瞳孔
3激光束的光斑(spot)
4利用眼底處的激光光斑來(lái)得到血流圖像的對(duì)象部位 5半導(dǎo)體激光器 6反射鏡 7透鏡
88物鏡
9、 10用于引導(dǎo)視線的發(fā)光二極管
11分色鏡(dichroic mirror)
12光學(xué)系統(tǒng)
13、 14圖像傳感器
15傳感器部分
16視神經(jīng)乳頭部
17動(dòng)靜脈
18內(nèi)部組織內(nèi)的血管
具體實(shí)施例方式
在身體信息中的從血流得到的信息具有如下特征，即，若不在本人活著 的狀態(tài)下操作傳感器則無(wú)法進(jìn)行認(rèn)證。本發(fā)明通過(guò)利用激光散射的血流測(cè)定 技術(shù)，能夠測(cè)定視網(wǎng)膜上的血管以及眼底內(nèi)部組織的血管的血流分布等，而 且，首先將激光束擴(kuò)束并照射至眼底，并將視網(wǎng)膜血管及脈絡(luò)膜等位于眼底 內(nèi)部組織的血管層所反射的光，利用光學(xué)系統(tǒng)以激光散斑成像在圖像傳感器 上。然后，利用圖像傳感器連續(xù)掃描激光散斑，計(jì)算出用于表示在各像素的 受光量隨時(shí)間變化的速度的量，例如，計(jì)算出平均時(shí)間變化率、或根據(jù)圖像 傳感器的曝光時(shí)間來(lái)積分的受光量的變化度的倒數(shù)，并將所得到的數(shù)值轉(zhuǎn)化 為二維圖得到眼底血流圖。通過(guò)將該血流圖內(nèi)所觀察到的各種數(shù)據(jù)與預(yù)先登 記的個(gè)人數(shù)據(jù)比較核對(duì)，能夠進(jìn)行個(gè)人認(rèn)證。
作為本發(fā)明中的一種方法，在上述個(gè)人認(rèn)證方法中，利用能夠到達(dá)眼底
的內(nèi)部組織的長(zhǎng)波長(zhǎng)的激光束、優(yōu)選是近紅外激光束，測(cè)定可通過(guò)其反射光 來(lái)求出的眼底的血流圖，并與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)。而且，作 為另一個(gè)方法，將可見(jiàn)光到近紅外光為止的范圍內(nèi)的多個(gè)激光束、優(yōu)選是近 紅外的激光束與波長(zhǎng)比該激光束短的激光束、優(yōu)選是可見(jiàn)激光束同時(shí)利用， 來(lái)同時(shí)或依次測(cè)定可通過(guò)各自的反射光來(lái)求出的眼底的血流圖，并將重疊得 到的2種血流圖與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)。
在該發(fā)明的眼底血流測(cè)定中，例如利用波長(zhǎng)為830nm左右的激光，則能 夠以與脈絡(luò)膜等內(nèi)部組織的血流分布重疊的方式得到視網(wǎng)膜血管等位于眼底表面的血管的血流分布圖像(血流圖)。在該發(fā)明中，利用該血流圖內(nèi)可觀 察到的血流分布數(shù)據(jù)、反映了視網(wǎng)膜血管的走向的圖案、可與其重疊觀察到 的反映了眼底內(nèi)部組織的血管的走向的圖案、它們隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)中的至 少一種，將其與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)，以此進(jìn)行個(gè)人認(rèn)證。
激光的組織侵入深度特性根據(jù)其波長(zhǎng)而不同，所以若利用如可見(jiàn)光那樣 的波長(zhǎng)短的光，則只能得到靠近表面的血流分布，但若利用如近紅外光那樣 的波長(zhǎng)長(zhǎng)的光，則會(huì)侵入到組織內(nèi)部的深處，所以能夠得到反映了更深處內(nèi) 部的血流分布的血流圖。作為本發(fā)明的另一種方法，組合這兩種現(xiàn)象來(lái)構(gòu)建 了精度更高的個(gè)人認(rèn)證方法。而且，在本發(fā)明中，在登記本人的數(shù)據(jù)時(shí)，登 記利用多個(gè)波長(zhǎng)的激光來(lái)得到的血流圖，并采用本人或認(rèn)證系統(tǒng)側(cè)隨時(shí)進(jìn)行 切換等的方法，從而也能夠?qū)⑵鋺?yīng)用于針對(duì)冒充的防衛(wèi)措施。
可見(jiàn)激光束可利用波長(zhǎng)約為380 770nm的激光束，優(yōu)選波長(zhǎng)約為600 700nm的激光束，更優(yōu)選波長(zhǎng)約為630 650nm的激光束。
近紅外激光束通常利用波長(zhǎng)約為770 1500nm的激光束，但若考慮圖像 傳感器的靈敏度，則優(yōu)選波長(zhǎng)約為800 900nm的激光束，更優(yōu)選波長(zhǎng)約為 830 850nm的激光束。
下面，參照附圖來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的原理。圖l是用于說(shuō)明利用了眼底 血流測(cè)定的個(gè)人認(rèn)證方法的圖。l是眼球，2是瞳孔，3是通過(guò)瞳孔的激光束 的光斑，4是利用眼底處的激光光斑來(lái)得到血流圖像的對(duì)象部位，5是半導(dǎo)體 激光器，6是反射鏡，7是用于向眼底投影激光的透鏡，8是用于將眼底成像 在拍攝系統(tǒng)上的物鏡，9、 IO是用于引導(dǎo)視線的發(fā)光二極管，ll是分色鏡， 12是用于觀察瞳孔及其周?chē)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，13、 14是CCD照相機(jī)等圖像傳感 器。15的虛線內(nèi)的部分表示本發(fā)明的整個(gè)傳感器部分。
將半導(dǎo)體激光器5射出的激光束通過(guò)透鏡7匯聚至瞳孔內(nèi)，以使通過(guò)瞳 孔時(shí)的光斑尺寸縮小，從而不易因瞳孔而發(fā)生漸暈現(xiàn)象(vignetting)，而且 能夠使投影到視網(wǎng)膜上的光斑擴(kuò)大。將眼底上的激光光斑的像，通過(guò)物鏡8 和僅使激光波長(zhǎng)透過(guò)的分色鏡11來(lái)成像在圖像傳感器14上。在此時(shí)的像面 上，會(huì)形成反映了視網(wǎng)膜的血流速度分布的散斑場(chǎng)(speckle field)，通過(guò)利 用計(jì)算機(jī)對(duì)該散斑場(chǎng)進(jìn)行解析，能夠提取圖2所示的視網(wǎng)膜血流圖。
該血流圖是如下的圖，即，將根據(jù)公知方法來(lái)進(jìn)行運(yùn)算且在計(jì)算機(jī)內(nèi)以二維排列所存儲(chǔ)的血流值數(shù)據(jù)，若其值越高則以越白的點(diǎn)(dot)來(lái)描畫(huà)出的
圖。圖2所示出的是眼底內(nèi)的視神經(jīng)乳頭部16及其周邊的血流圖，而且，眾
所周知，從乳頭向周?chē)由斓膭?dòng)靜脈17的血流值及其分布、還有在此外的其 他部位隱約可見(jiàn)的脈絡(luò)膜等內(nèi)部組織內(nèi)的血管18中流通的血流值及其分布，
根據(jù)個(gè)人完全不同，只要是未患上急性眼部疾病，則長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不會(huì)發(fā)生變化。 因此，讀取并比較各個(gè)血管的血流值，或者對(duì)血管走向圖案的特征進(jìn)行解析， 由此能夠?qū)⑦@些以極其高的精度利用為個(gè)人認(rèn)證數(shù)據(jù)。
利用于以往的個(gè)人認(rèn)證中的數(shù)據(jù)原則上是一種圖案信息，例如為指紋則 指隆起部的連接所形成的圖樣，例如為靜脈認(rèn)證則指靜脈血管所形成的圖樣 等。因此，所處理的數(shù)值是在該坐標(biāo)處的值為峰值還是谷值/能否觀察到靜脈
(是1還是0)的信息。但是，作為眼底血流分布數(shù)據(jù)，除了動(dòng)脈及靜脈血 管的配置、分叉等圖案信息之外，還有其坐標(biāo)處的血流值(例如0 255范圍 內(nèi)的模擬數(shù)值)被記錄為二維排列。進(jìn)而，這些血流分布數(shù)據(jù)隨時(shí)間變化。 例如，圖3是在心臟收縮期血流最高時(shí)的血流圖，圖4是在心臟舒張期血流 最低時(shí)的血流圖，可見(jiàn)，各部位的值之間相差很大。即，從這些圖可知，血 流分布數(shù)據(jù)是在二維空間(x， y)的基礎(chǔ)上還具有時(shí)間t的3個(gè)變量的函數(shù)f
(x， y， t)，而且各人的值的分布之間相差很大。從而可知，與以往的只利 用圖案分的比較法相比，能夠利用的信息量相差懸殊地增加，而且偽造變得 極其困難。理所當(dāng)然地，能夠?qū)@些模擬量進(jìn)行二值化來(lái)縮短計(jì)算時(shí)間，而 且此時(shí)可選擇的余地也會(huì)變寬。
進(jìn)而，在本發(fā)明中，能夠觀察到這些血管內(nèi)的血流與心搏同步而反復(fù)增 減的情況，而對(duì)于動(dòng)脈和靜脈，這些變化模式明顯不同。以往就存在將虹彩 等的血管圖案利用于個(gè)人認(rèn)證中的裝置，但這些裝置只是通過(guò)圖像傳感器來(lái) 觀察血管的走向圖案，而并不對(duì)血流值的分布及其變化進(jìn)行解析。在本發(fā)明 中，若對(duì)視網(wǎng)膜血管的各個(gè)部位處的血流值、其隨時(shí)間變化即血流波形的上 升和下降的梯度等也進(jìn)行解析，則能夠有效地利用于認(rèn)證中。進(jìn)而，若計(jì)算 出視網(wǎng)膜上各點(diǎn)處的血流變化的振幅并顯示為圖(Map)，則這也是個(gè)人所 固有的數(shù)據(jù)。若這樣利用視網(wǎng)膜血流圖，則與現(xiàn)有的方法相比，能夠提供極 其多種的人認(rèn)證用數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，若利用波長(zhǎng)長(zhǎng)的激光，則能夠得到反映了更深部分的血流
ii的血流圖。將波長(zhǎng)在可見(jiàn)光到近紅外的范圍內(nèi)的多個(gè)激光器、優(yōu)選是2個(gè)激 光器安裝在裝置上，同時(shí)或分別照射至視網(wǎng)膜或脈絡(luò)膜等的內(nèi)部組織，從而 能夠分別獲取血流分布不同的血流圖。在預(yù)先登記個(gè)人信息時(shí)，只要指定認(rèn) 證中利用哪一波長(zhǎng)的激光，則這是只有本人知道的信息，所以能夠利用于對(duì) 于冒充的防衛(wèi)措施中。
在本發(fā)明中，要向眼底的測(cè)定部位正確地照射激光，則必須避免通過(guò)瞳 面的激光束因瞳孔而發(fā)生漸暈現(xiàn)象。如果設(shè)置用于觀察瞳面的照相機(jī)部，對(duì) 從該照相機(jī)部得到的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，以此控制血流測(cè)定系統(tǒng)全體的驅(qū)動(dòng) 機(jī)構(gòu)，則能夠使激光束通過(guò)瞳孔開(kāi)口內(nèi)的正確位置。因此，例如采取如下的 方法。
在圖1中，15的虛線內(nèi)部分表示眼底血流測(cè)定用傳感器部分的全體。若 激光通過(guò)瞳孔時(shí)與眼底的觀察光路重合，則角膜的表面反射光在圖像傳感器 上投影成亮的輝點(diǎn)，所以對(duì)于該部分的血流無(wú)法進(jìn)行解析。為了避免這樣的 現(xiàn)象，必須使激光以最小光斑直徑通過(guò)瞳孔的周邊部，但每次測(cè)定(認(rèn)證) 時(shí)眼球的位置未必是同一個(gè)位置。為了解決該問(wèn)題，本發(fā)明導(dǎo)入了用于驅(qū)動(dòng)
傳感器全體15的機(jī)構(gòu)，該傳感器全體15設(shè)置有用于觀察瞳孔及其周邊的光 學(xué)系統(tǒng)11、 12，通過(guò)圖像傳感器13來(lái)捕捉瞳孔2、激光光斑3及周邊的圖像 并讀入計(jì)算機(jī)中，以使激光光斑通過(guò)瞳孔內(nèi)的正確位置。
另外，本發(fā)明為了觀察視網(wǎng)膜血管所集中的視神經(jīng)乳頭部的血管圖案， 可優(yōu)選引導(dǎo)視線的方法。因此，例如采取如下方法。
在圖1中，9、 10是用于引導(dǎo)視線的發(fā)光二極管(LED)，在眼底照相 機(jī)等領(lǐng)域稱(chēng)之為固視燈(fixation target)。若一邊使被檢測(cè)者凝視該固視燈 一邊將其移動(dòng)，則眼球轉(zhuǎn)動(dòng)，從而能夠?qū)⒁^察的部位引導(dǎo)到拍攝系統(tǒng)的觀 察視場(chǎng)內(nèi)。如圖2所示，由于視網(wǎng)膜血管從視神經(jīng)乳頭起向周?chē)由?，所?使血管走向具有特征的是視神經(jīng)乳頭附近的血管群。另外，在該部位，可同 時(shí)觀察到在粗的視網(wǎng)膜血管內(nèi)流通的非常高的血流值和乳頭組織血流等非常 低的血流值，所以是提取用于個(gè)人認(rèn)證的血流數(shù)據(jù)的最佳部位。
為了將該部位引導(dǎo)到觀察視場(chǎng)內(nèi)，檢測(cè)右眼時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管10，檢測(cè) 左眼時(shí)點(diǎn)亮發(fā)光二極管9。在本發(fā)明中，設(shè)置了通過(guò)使這些二極管的位置移 動(dòng)或者利用二極管矩陣使點(diǎn)燈位置變化等方法來(lái)微調(diào)視線方向的機(jī)構(gòu)。由此能夠自由地選擇血流圖的部位，所以若登記多個(gè)血流圖并進(jìn)行依次切換這些 血流圖等的操作，則能夠利用于針對(duì)冒充的防衛(wèi)措施中。
在技術(shù)方案1的發(fā)明中，例如將圖2的血流圖如圖5所示那樣劃分為10
X 10= 100個(gè)區(qū)域，并讀取各區(qū)域的血流值與預(yù)先登記的本人的各區(qū)域的值
的分布相對(duì)照，以此能夠?qū)崿F(xiàn)認(rèn)證。
或者，讀取IOO個(gè)區(qū)域中的每一個(gè)區(qū)域的血流值以檢査該值隨搏動(dòng)上下
變化的情況，并與預(yù)先登記的本人的各區(qū)域值的上下變化的程度、上升和下 降的梯度等進(jìn)行對(duì)照，以此能夠?qū)崿F(xiàn)認(rèn)證。
另外，若對(duì)于圖5的100個(gè)區(qū)域求出平均血流值并排列其數(shù)值，則例如 (7， 2) 、 (4， 6)…等那樣能夠給這些數(shù)值賦予順序號(hào)，所以能夠?qū)⑦@些 順序號(hào)利用為一種認(rèn)證數(shù)據(jù)。這就是本發(fā)明利用所謂血流分布的模擬量的優(yōu) 點(diǎn)。進(jìn)而，激光波長(zhǎng)一改變，則這些順序號(hào)會(huì)改變，所以通過(guò)將這些分別與 已登記的順序號(hào)進(jìn)行比較的相乘效果，能夠提高認(rèn)證精度。
或者，在血管的走向橫跨幾個(gè)區(qū)域的情況下，相鄰區(qū)域的平均血流值、 隨著搏動(dòng)其值上下變化的程度、變化的時(shí)機(jī)等也取相近的值。如果這樣檢査 出各區(qū)域與相鄰區(qū)域的值之間具有哪一程度的相關(guān)性，并與預(yù)先登記的本人
的信息進(jìn)行對(duì)照，則這也能夠利用為認(rèn)證數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，例如使半導(dǎo)體激光器等小型激光光源射出的光通過(guò)光學(xué)系 統(tǒng)以擴(kuò)束，并以大面積照射至眼底。將該照射光斑通過(guò)透鏡成像在CCD照相 機(jī)等的受光面上。對(duì)從CCD照相機(jī)得到的影像信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并讀入到 計(jì)算機(jī)或微型電子計(jì)算機(jī)中，計(jì)算出用于表示各像素的受光量隨時(shí)間變化的 速度的量，例如，計(jì)算出平均時(shí)間變化率或者根據(jù)圖像傳感器的曝光時(shí)間來(lái) 積分的受光量的變化度的倒數(shù)，并必要時(shí)顯示為圖(map)作為血流圖數(shù)據(jù)。
在以這種方式所表現(xiàn)的眼底血流圖上，浮現(xiàn)出視網(wǎng)膜血管的血流分布以 及血管走向圖案。另一方面，到達(dá)視網(wǎng)膜下層的脈絡(luò)膜的激光照射至脈絡(luò)膜 血管層上，所以能夠與細(xì)而銳利(sharp)的視網(wǎng)膜血管的血流圖重疊地觀察 到整體上淡且輪廓模糊的另外的低的血流值圖。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種用于執(zhí)行如上所述那樣由各工程而成的個(gè)人 認(rèn)證方法的裝置。本發(fā)明的裝置是一種個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在于，具有 一個(gè)或者多個(gè)、優(yōu)選為二個(gè)照射單元，用于將激光束擴(kuò)束并照射至眼底；受光單元，具有多個(gè)像素，用于接收來(lái)自眼底的反射光；存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ) 通過(guò)該受光單元所得到的上述各像素的輸出；運(yùn)算單元，根據(jù)該存儲(chǔ)單元的 存儲(chǔ)內(nèi)容，計(jì)算用于表示上述各像素的受光量隨時(shí)間變化的速度的量；第二 存儲(chǔ)單元，用于將針對(duì)上述各像素所得到的計(jì)算結(jié)果的二維分布存儲(chǔ)為血流 圖；比較判定單元，用于將存儲(chǔ)在該第二存儲(chǔ)單元中的血流圖與預(yù)先登記的 個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判定。在將近紅外激光束和可見(jiàn)激光束同時(shí)照射的情況下， 需要使用兩個(gè)以上的照射單元，但在將近紅外激光束和可見(jiàn)激光束依次照射 的情況下或者在只照射近紅外激光束的情況下，可以使用一個(gè)照射單元。
作為照射單元，例如將半導(dǎo)體激光器出射的光通過(guò)透鏡來(lái)擴(kuò)束， 一次性 地照射眼底的大的區(qū)域。受光單元采用線傳感器(line sensor)或區(qū)域傳感器 (area sensor)等圖像傳感器。來(lái)自傳感器的電信號(hào)被A/D轉(zhuǎn)換之后存儲(chǔ)在 微型電子計(jì)算機(jī)(Micro Computer)或計(jì)算機(jī)的存儲(chǔ)部中。利用數(shù)秒鐘連續(xù) 將圖像信號(hào)讀入到存儲(chǔ)部中，通過(guò)預(yù)先安裝在微型電子計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)中的 程序求出連續(xù)的2張圖像的差異，以此計(jì)算出受光量隨時(shí)間變化的速度?；?者，利用圖像的模糊率(StL率)，即利用若在圖像傳感器的曝光時(shí)間內(nèi)光 量高速變化則信號(hào)被積分反而使2個(gè)畫(huà)面的差異減少的性質(zhì)，來(lái)計(jì)算受光量 隨時(shí)間變化的速度。根據(jù)各像素的配置，能夠?qū)⒂?jì)算結(jié)果在計(jì)算機(jī)屏幕上顯 示為二維彩色圖。作為用于將所計(jì)算的值或在顯示單元上所顯示的血流圖與 預(yù)先登記的個(gè)人的血流圖進(jìn)行比較判定的單元，可以采用以往公知的各種單 元。
本發(fā)明的方法及裝置也可以采用如下的方法及裝置，即，測(cè)定血流變動(dòng) 的隨時(shí)間變化以檢測(cè)波形上升的傾斜度和下降的傾斜度，通過(guò)這些傾斜度上 升時(shí)陡峭且下降時(shí)緩慢的情況來(lái)檢測(cè)還活著。
在圖1中，是眼球，2是瞳孔，3是通過(guò)該通孔的激光束的光斑，4是 利用眼底的激光光斑來(lái)獲得血流圖像的對(duì)象部位，5是半導(dǎo)體激光器，6是反 射鏡，7是用于將激光投影至眼底的透鏡，8是用于將眼底成像在拍攝系統(tǒng)上 的物鏡，9、 IO是用于引導(dǎo)視線的發(fā)光二極管，ll是分色鏡，12是用于觀察 瞳孔及其周?chē)墓鈱W(xué)系統(tǒng)，13、 14是CCD照相機(jī)等圖像傳感器。15的虛線
14內(nèi)的部分表示本發(fā)明的整個(gè)傳感器部分。
將半導(dǎo)體激光器5射出的激光束通過(guò)透鏡7匯聚至瞳孔內(nèi)，以使通過(guò)瞳 孔時(shí)的光斑尺寸縮小，從而不易因瞳孔而發(fā)生漸暈現(xiàn)象，而且能夠使投影到 視網(wǎng)膜上的光斑擴(kuò)大。將眼底上的激光光斑的像，通過(guò)物鏡8和僅使激光波
長(zhǎng)透過(guò)的分色鏡11來(lái)成像在圖像傳感器14上。在此時(shí)的像面上，會(huì)形成反
映了視網(wǎng)膜的血流速度分布的散斑場(chǎng)，通過(guò)利用計(jì)算機(jī)對(duì)該散斑場(chǎng)進(jìn)行解析，
能夠提取圖2所示的視網(wǎng)膜血流圖。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性
本發(fā)明的個(gè)人認(rèn)證系統(tǒng)將復(fù)雜的眼底血流分布及其隨時(shí)間變化的信息組 合在一起，所以難以偽造。充分利用這優(yōu)點(diǎn)，可以將本發(fā)明利用于具有高度
的安全(security)管理需求的設(shè)施的進(jìn)出入監(jiān)視及出入境管理等中。
權(quán)利要求
1. 一種個(gè)人認(rèn)證方法，將激光束擴(kuò)束并照射至眼底，利用光學(xué)系統(tǒng)將被眼底的視網(wǎng)膜血管以及位于眼底內(nèi)部組織的血管層反射的光在圖像傳感器上成像為激光散斑，計(jì)算用于表示激光散斑的各像素的受光量隨時(shí)間變化的速度的量，將其數(shù)值轉(zhuǎn)化為二維圖求出眼底的血流圖，并將該血流圖與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)，其特征在于，利用能夠到達(dá)眼底的內(nèi)部組織的激光束，測(cè)定根據(jù)反射光求出的血流圖，利用該血流圖內(nèi)所觀察到的血流分布數(shù)據(jù)、反映了視網(wǎng)膜血管的走向的圖案、與其重疊觀察到的反映了眼底內(nèi)部組織的血管的走向的圖案以及它們隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)中的至少一種，將其與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在于，作為激光束，采用波長(zhǎng)在可見(jiàn)光到近紅外光的范圍內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)激光束。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在于，激光是波長(zhǎng)約為770 1500nm的范圍內(nèi)的近紅外激光。
4. 如權(quán)利要求1 3中任一項(xiàng)所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在于，另外獨(dú)立地設(shè)置能夠觀察激光束通過(guò)瞳孔時(shí)的位置的照相機(jī)部，并對(duì)從該照相機(jī)部得到的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，以此控制光學(xué)系統(tǒng)的位置。
5. 如權(quán)利要求1 4中任一項(xiàng)所述的個(gè)人認(rèn)證方法，其特征在于，為了觀察視神經(jīng)乳頭部的血管走向而引導(dǎo)視線。
6. —種個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在于，具有一個(gè)或者多個(gè)照射單元，用于將激光束擴(kuò)束并照射至眼底；受光單元，具有多個(gè)像素，用于接收來(lái)自眼底的視網(wǎng)膜血管及位于眼底內(nèi)部組織的血管層的反射光；存儲(chǔ)單元，用于存儲(chǔ)通過(guò)該受光單元所得到的上述各像素的輸出；運(yùn)算單元，根據(jù)該存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)內(nèi)容，計(jì)算用于表示上述各像素的受光量隨時(shí)間變化的速度的量；第二存儲(chǔ)單元，用于將針對(duì)上述各像素所得到的計(jì)算結(jié)果的二維分布存儲(chǔ)為血流圖；提取單元，用于提取在該第二存儲(chǔ)單元所存儲(chǔ)的血流圖中觀察到的血流分布數(shù)據(jù)、反映了視網(wǎng)膜血管的走向的圖案、與其重疊觀察到的反映了眼底內(nèi)部組織的血管的走向的圖案、它們隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)中的至少一種；比較判定單元，用于將該提取數(shù)據(jù)與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較判定。
7. 如權(quán)利要求6所述的個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在于，另外獨(dú)立地設(shè)置能夠觀察激光束通過(guò)瞳孔時(shí)的位置的照相機(jī)部，并具有控制單元，該控制單元對(duì)從該照相機(jī)部得到的圖像信號(hào)進(jìn)行處理，以此控制光學(xué)系統(tǒng)的位置。
8. 如權(quán)利要求6或7所述的個(gè)人認(rèn)證裝置，其特征在于，具有視線引導(dǎo)單元，該視線引導(dǎo)單元為了觀察視神經(jīng)乳頭部的血管走向而引導(dǎo)視線。
全文摘要
一種個(gè)人認(rèn)證方法及其裝置，該方法的特征在于，將激光束擴(kuò)束并照射至眼底，利用光學(xué)系統(tǒng)將被眼底的視網(wǎng)膜血管及位于眼底內(nèi)部組織的血管層反射的光在圖像傳感器上成像為激光散斑，計(jì)算用于表示激光散斑的各像素的受光量隨時(shí)間變化的速度的量，將其數(shù)值轉(zhuǎn)化為二維圖求出眼底的血流圖，利用該血流圖內(nèi)所觀察到的血流分布數(shù)據(jù)、反映了視網(wǎng)膜血管的走向的圖案、與其重疊觀察到的反映了眼底內(nèi)部組織的血管的走向的圖案、它們隨時(shí)間變化的數(shù)據(jù)中的至少一種，將其與預(yù)先登記的個(gè)人數(shù)據(jù)進(jìn)行比較核對(duì)。若采用基于眼底血流速圖的本發(fā)明方法及裝置，則能夠得到精度比以往大幅度提高的個(gè)人認(rèn)證方法及裝置。
文檔編號(hào)A61B5/117GK101460097SQ200780020478
公開(kāi)日2009年6月17日 申請(qǐng)日期2007年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月7日
發(fā)明者小西直樹(shù), 藤居仁 申請(qǐng)人:國(guó)立大學(xué)法人九州工業(yè)大學(xué);株式會(huì)社塞斯科姆