專利名稱：生物體認證裝置及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及利用人的生物體信息尤其是指靜脈圖案來識別個人的裝置及方法。
背景技術：
在對用于安全地管理個人信息及財產(chǎn)的安全技術的關注提高的過程中，尤其是利用了人的生物體信息的生物測定學認證受到矚目。作為現(xiàn)有的生物測定學認證技術，已知利用指紋、虹膜、聲音、臉、手指甲的靜脈或指靜脈的認證方式。尤其是利用了對生物體照射的紅外光被血液中的血紅蛋白吸收的靜脈認證技術具有以下優(yōu)點由于僅對手指照射光就能夠認證，因此心理的抵觸感較低，而且由于利用生物體的內(nèi)部信息，抗偽造性佳。期待靜脈認證在各種領域中的應用，在出入及考勤管理的領域中，跨多個據(jù)點的大規(guī)模I-N認證的需求正在提高。另外，在金融領域中，在例如僅刷手指就能夠不出示卡進行購物的空手結算中的活用受到矚目。在這樣的用途中，需要正確地分辨數(shù)萬到數(shù)百萬人規(guī)模的用戶，要求超出迄今為止的指靜脈認證的水準的較高的精度。在專利文獻1中，公開了以下方法通過設用于認證的手指為多根，由此使認證精度比利用一根時有所提高。另外，在專利文獻2中，公開了以下內(nèi)容利用多個透鏡來拍攝圖像，將血管的三維構造用于認證?，F(xiàn)有技術文獻(專利文獻)專利文獻1 日本特開2010-035560號公報專利文獻2 日本特開2010-395 號公報但是，通過取得多個血管圖案圖像來增多用于認證的生物體信息，對于運算處理及存儲介質(zhì)而言，會成為較大的負荷。進而，增多生物體信息會由于由外部光線或進行認證的生物體的條件等帶來的環(huán)境變化而使本人一致率降低，這也會成為問題。另外，取得多個圖像來形成血管的三維立體結構需要透鏡陣列或多個拍攝裝置等，零件數(shù)多，可能成為成本增大或妨礙小型化的原因。進而，由于不穩(wěn)定的三維方向的血管信息或認證時的位置偏差等原因，也存在使本人一致率降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明鑒于這樣的問題，第一目的在于，在血管圖像提取裝置及個人認證裝置中， 提取拍攝到的圖像中的血管像的濃淡差異作為用于認證的信息，從一幅圖像中取得更多的生物體信息。作為用于解決上述問題的本發(fā)明的一例，一種個人認證裝置，利用從生物體取得的血管圖案的特征信息進行個人的認證，其特征在于，具有拍攝部，對所述生物體中的成為認證對象的區(qū)域進行拍攝；以及運算部，取得所述拍攝到的圖像作為認證圖像，所述運算部從所述認證圖像中提取血管圖案，取得該血管圖案的濃淡程度作為所述特征信息。
發(fā)明的效果根據(jù)本發(fā)明，利用拍攝到的血管圖案的濃淡差異，能夠從一幅圖像中取得更多的生物體信息。


圖1是實施本發(fā)明的認證裝置的一例。圖2是實施本發(fā)明的認證裝置的系統(tǒng)結構例。圖3是實施本發(fā)明的認證裝置的系統(tǒng)結構例。圖4是實現(xiàn)本發(fā)明的登記處理的流程的一例。圖5是一致率和出現(xiàn)頻率的關系圖。圖6是畫質(zhì)評價值和識別性評價值的關系圖。圖7是壓力值的變動中的畫質(zhì)評價值的變動的一例。圖8是實現(xiàn)本發(fā)明的登記處理的流程的一例。圖9是實現(xiàn)本發(fā)明的認證處理的流程的一例。圖10是在手指放置引導部上具有彈性部件的認證裝置的結構例。圖11是在手指放置引導部和指尖引導部上具有彈性部件的認證裝置的結構例。圖12是手指放置引導部和指尖引導部連動而沉入的認證裝置的結構例。圖13是具有距離傳感器的認證裝置的結構例。圖14是使壓迫位置遠離拍攝部的認證裝置的結構例。圖15是將手指引導到正確的出示狀態(tài)的登記畫面的一例。圖16是實現(xiàn)本發(fā)明的認證處理的框圖的一例。圖17是亮度起伏信息的表現(xiàn)方法的一例。圖18是用于認證的指圖像、特征點及特征量的一例。圖19是血管交叉了的情況的一例。圖20是根據(jù)特征點距基準點的位置關系進行的血管識別的說明圖。圖21是進行光量控制的認證裝置的結構例。圖22是光量調(diào)節(jié)處理的流程的一例。圖23是光量調(diào)節(jié)處理中的直方圖及血管圖像的變化的一例。圖M是設置了遮光單元的認證裝置的一例。符號說明1 手指2認證裝置3 光源4拍攝部5指尖引導部6手指放置引導部7壓力檢測部8彈性部件9手指出示部
10遮光濾波器11圖像輸入部12計算機13 接口14存儲器15存儲裝置16CPU17顯示部18揚聲器19輸入部21距離檢測部22距離測定點41血管圖像中的像素3I血管圖像51特征點52基準像素53參照像素71指根光源的照射范圍72指尖光源的照射范圍73光量重疊區(qū)域81遮光部
具體實施例方式實施例1以下，參照

本發(fā)明的實施方式。另外，在本申請實施例中，特別對手指的靜脈認證裝置進行說明，但也能夠適于如圖3所示那樣利用手掌等其他生物體的個人認證裝置。另外，不言而喻，在提取血管圖像的裝置即血管圖像提取裝置中，也能夠適用本發(fā)明。為了根據(jù)圖像的濃淡提取用于認證的特征信息，重要的是拍攝到更多的血管信息。但是，例如在登記了使用于認證的信息時和過后重新進行認證對照時，由于所出示的生物體部位向裝置按壓的方法、出示的方法、外部光線量的差異等此時的生物體的環(huán)境變化， 再現(xiàn)性變得不充分成為問題。在本實施例中，鑒于這樣的問題，對用于取得更高精度的血管形狀及血管濃淡的信息的方式進行說明。圖1是實現(xiàn)本發(fā)明的個人認證裝置的一例，圖2是圖1的個人認證裝置的結構的概略圖。利用者在認證時向認證裝置2出示手指1。此時，手指1的前端放置于指尖引導部 5，手指1的根部側放置于手指放置引導部6。若向裝置出示手指1，則利用未圖示的觸摸傳感器等檢測單元檢測手指，并開始認證處理。在手指的檢測中，也可以利用距離傳感器、溫度傳感器等其他傳感器。
認證裝置2是從側面看的剖視圖。在手指放置引導部6和指尖引導部5的下部， 分別設置對出示的手指進行壓力檢測的壓力檢測部7-1、7-2。另外，在手指放置引導部6 與壓力檢測部7-2之間，夾著彈簧等彈性部件8，該手指放置引導部6因與手指的接觸產(chǎn)生的壓力而向下方沉入。彈性部件8只要是盤簧或板簧、橡膠部件等緩和壓力的部件即可，可以是任一部件。詳細在后面敘述，但能夠降低該沉入施加給引導部的壓力。另外，沉入方向可以不是下方，只要是減輕按壓的方向可以為任一方向。另外，也可以是僅利用壓力檢測部 7-1、壓力檢測部7-2中的任一壓力檢測部的方式。若實施的裝置為臺狀，則生物體將手指載置到引導部上時，一般而言，手指從生物體側的斜上方朝引導部按壓而被載置。因此。在配置有彈性部件8以便對裝置緩和來自正上方向的壓力的情況下，彈性部件8緩和的壓力可能僅限于垂直成分，而無法減輕水平成分的壓力。在本實施例中，如圖2和圖3那樣，彈性部件8為了緩和來自生物體向裝置出示手指時的前進方向的按壓，被配置成相對于裝置上方傾斜朝向生物體側。通過該方式，彈性部件8能夠承受來自手指的更大的壓力，因此與緩和來自正上方的壓力的配置相比，能夠進
一步緩和按壓。認證以下面的步驟執(zhí)行。光源3從手指1的背側照射紅外光。光透過手指1，通過出示手指的認證對象區(qū)域的手指出示部9，透過僅讓紅外波長光透過的光學濾波器10后到達拍攝裝置4。光通過拍攝裝置4變換成電信號，并經(jīng)由圖像輸入部11作為圖像被取入到計算機12中。所取入的圖像一次(一度)存儲到存儲器14中。并且，將事前登記的指靜脈圖案(登記數(shù)據(jù))由存儲裝置15保存至存儲器14中，CPU16通過保存于存儲器14的程序進行登記圖像與所輸入的圖像之間的對照。計算在對照處理中進行比較的兩幅圖像間的相關的值，根據(jù)該值判定是否與登記的圖像一致。根據(jù)該結果對個人進行認證，在正確地認證的情況下，對該認證系統(tǒng)的控制對象進行認證時的處理。另外，設置在手指放置引導部6和指尖引導部5的下部的壓力檢測部 7-1,7-2檢測按壓了手指時的壓力，利用檢測出的壓力值進行運算，基于運算結果利用顯示部17或揚聲器18，能夠促使利用者減輕壓力值或抑制壓力值的變動。作為顯示部，可以利用顯示器、液晶、LED燈等。另外，作為從揚聲器18發(fā)出的聲音，有聲音、嗶嗶聲等。作為認證的模式，設置有I-N認證和1-1認證的模式，該I-N認證是以全部登記圖像為對象進行對照；該1-1認證是事前輸入識別利用者本人所用的ID編號或向讀卡器出示 IC卡，僅以與ID編號或IC內(nèi)的ID信息相對應的登記圖像為對象進行對照，在I-N認證模式中，在剛剛向裝置出示手指之后開始認證，但在1-1認證中，在利用輸入單元19輸入ID 編號之后出示手指，并進行認證。另外，不言而喻，CPU或存儲器、存儲裝置、顯示部等也能夠?qū)崿F(xiàn)保存在與認證裝置 2不同的終端等中。在現(xiàn)有的個人認證裝置中，為了使利用者能夠再現(xiàn)性好地出示手指，在認證裝置中設置用于固定手指的位置的引導部。通過在該引導部上出示手指，拍攝到的靜脈圖像的再現(xiàn)性變高，能夠進行高精度的認證。但是，根據(jù)出示手指時的引導部與手指之間的接觸狀態(tài)，有可能受到壓迫而血流停止，從而血管圖案部分欠缺。進而，若在翹曲(反D返L· )的狀態(tài)下出示手指，則由于手指的表皮緊張，血管受壓迫，血管圖案也可能欠缺。若在手指用力按壓裝置或翹曲的狀態(tài)下進行登記，則血管圖案缺失，與本來具有的血管圖案相比，圖像在信息不足的狀態(tài)下被登記。另外，按壓壓力值或手指的翹曲的程度在每次出示手指都變化，獲得的血管圖案不穩(wěn)定，因此認證時的再現(xiàn)性低下。因此，為了實現(xiàn)指靜脈認證的高精度化，需要登記沒有由手指的按壓或手指的翹曲等帶來的血管圖案缺失的、包含全部血管圖案的圖像，并且，需要提高在認證時出示的認證手指的再現(xiàn)性。為了提高再現(xiàn)性，通過引導部來固定手指的出示位置，而且用于認證的部分不與裝置接觸，不產(chǎn)生血管圖案的缺失。利用圖4的流程說明本實施例中的對用于認證的登記數(shù)據(jù)進行登記處理為止的一例。首先，在步驟SlOO中，檢測對裝置出示了手指，在步驟SllO中，根據(jù)拍攝到的血管圖像計算初始畫質(zhì)評價值。畫質(zhì)評價值列舉出例如血管圖案的含有率、血管的彎曲區(qū)域、分支區(qū)域這樣的特異性高的區(qū)域的含有率等，該血管圖案的含有率是采用利用了強調(diào)線段的邊緣增強濾波器或匹配濾波器的方法、通過追蹤線成分來提取線圖案的方法，提取圖像的剖面輪廓中的亮度值局部凹陷的位置的方法等，來對血管像素及其以外的像素進行二值化而得到的。該血管圖案的含有率在使血管圖像二值化并分為血管及血管以外之后，可以通過血管像素相對于圖像中的全部像素數(shù)的比率來表示。另外，特異性高的區(qū)域的含有率在將血管圖像二值化為血管彎曲或分支的特異的區(qū)域及其以外的區(qū)域的情況下，可以通過特異區(qū)域的像素數(shù)相對于圖像中的全部像素數(shù)的比率來表示。接著，在步驟S120中，通過顯示部17等促使減輕出示的手指的壓力，在步驟S130 中，再次計算畫質(zhì)評價值。然后，在步驟S140中，計算減輕壓力前后的畫質(zhì)評價值的增減量，在畫質(zhì)評價值增加的情況下，進一步指示減輕壓力，在畫質(zhì)評價值未增加的情況下，在步驟S150中，檢測壓力值是否未變動。在壓力值變動且不穩(wěn)定的情況下，在步驟S160中指示使手指靜止，以便抑制壓力值的變動，并在步驟S170中再次計算畫質(zhì)評價值。在壓力值未變動的情況下，在步驟S180中，檢查畫質(zhì)評價值是否大于閾值TH。在小于閾值TH的情況下，在步驟S190中指示出示其他手指的出示，在大于閾值TH的情況下，在步驟S200中，作為認證時使用登記數(shù)據(jù)而登記。在手指出示檢測中，利用壓力傳感器之外，還利用溫度傳感器、距離傳感器、利用了光多普勒效應的血流傳感器等，由此能夠進行生物體判定，而且能夠檢測手指的出示。作為畫質(zhì)評價值的閾值TH的決定方法，例如，只要能夠在事前準備大量的血管圖像數(shù)據(jù)庫，就能夠利用該數(shù)據(jù)庫和識別性評價值來決定畫質(zhì)評價值的閾值。識別性評價值是表示對于某一手指的靜脈圖像，能夠何種程度高精度地區(qū)別同一手指和其他手指的靜脈圖像的指標。例如，使某一手指的靜脈圖像與N張的數(shù)據(jù)庫相對照，該N張的數(shù)據(jù)庫由至少 1張以上的同一手指和其以外的其他手指靜脈圖像構成。圖5 (a)、(b)是以橫軸表示使某一手指1和手指2與數(shù)據(jù)庫相對照時的一致率，以縱軸表示一致率的出現(xiàn)頻率的曲線。若設手指1的血管圖案的再現(xiàn)性高，血管圖案能夠穩(wěn)定取得，則各個同一手指之間的一致率變高。并且，若設手指1與其他手指之間的平均的一致率較低，則由于同一手指與其他手指的一致率之間產(chǎn)生較大的差，因此手指1的識別性高。反之，手指2的同一手指之間的一致率低，與其他手指之間的平均的一致率高，因此同一手指與其他手指之間的一致率之差小，所以手指2的識別性低。因此，具體而言，有以與其他手指的一致率的平均越低則識別性評價值越高的方式?jīng)Q定識別性評價值的方法、以與同一手指的一致率和與其他手指的一致率的平均之差的大小為識別性評價值的方法等。若以縱軸為識別性評價值，以橫軸為畫質(zhì)評價值繪制數(shù)據(jù)庫內(nèi)的全部登記數(shù)據(jù)，則識別性評價值高的圖像由于包含的血管量多，包含的血管彎曲或分支的特異區(qū)域也多，因此畫質(zhì)評價值也高，如圖6那樣數(shù)值逐漸增大(右肩上力5 >9 )地分布。根據(jù)該分布能夠統(tǒng)計性地知道，若為何種程度的畫質(zhì)評價值，則同一手指之間一致度高且其他手指之間的一致度低，即是否能夠維持高的識別性。通過將與事先想確保的識別性評價值相對應的畫質(zhì)評價值作為閾值設定，在新登記血管圖像的情況下，不實際地進行認證實驗，僅計算血管圖像的畫質(zhì)評價值并登記超過了閾值的血管圖像，就能夠登記識別性高的血管圖像。在發(fā)生由手指按壓裝置帶來的血管圖案的缺失的情況下，隨著利用者減輕壓力， 從在各壓力下拍攝到的圖像中提取的血管圖案增加，因此伴隨于此，如圖7的曲線(graph) 那樣，畫質(zhì)評價值也增加。如果在未考慮壓力值，設在特征量超過了預先設定的值時血管圖像的識別性能被保證并判定為可登記的情況下，即使以圖7(a)的曲線的壓力值加連續(xù)出示手指也能夠登記?；蛘?，也可以對減輕壓力后的圖像的畫質(zhì)評價值與減輕壓力以前的圖像的畫質(zhì)評價值進行比較，將低于規(guī)定的變化率的情況設為識別性能被保障的可登記值。 規(guī)定的變化率例如在事前實驗中對多個被檢者測定在減輕壓力后轉(zhuǎn)移到手指靜止的狀態(tài)的過程中的畫質(zhì)評價值的變化率的最小值，可以設該變化率的最小值最大的被檢者的變化率為規(guī)定的變化率。另外，也可以對每個出示的人決定規(guī)定的變化率。實際上，在壓力值加中發(fā)生血管圖案的缺失，若未使力減輕到壓力值Ia則不能完全消除由按壓帶來的血管圖案的缺失。通過使利用者減輕壓力直到畫質(zhì)評價值的增加消失為止，從而無論手指具有的血管圖案的量多少，對每個手指都能夠獲得沒有由按壓帶來的血管圖案缺失的穩(wěn)定的血管圖像。特別是，在被要求登記后成為認證的基準且是可信度最高的數(shù)據(jù)的登記數(shù)據(jù)中， 若為比圖7(a)中的壓力值Ic小的壓力值，則血管圖案的缺失幾乎等于最小的狀態(tài)即畫質(zhì)評價值最大，因此希望以比壓力值Ic小的壓力值登記。壓力值Ic例如能夠與從2個幀前或2個以上之前的幀開始持續(xù)減少壓力值無關地，作為圖像評價值不再增加下去時的壓力值而決定。進而，能夠區(qū)別由以圖7(a)的曲線中的壓力值3a出示了手指時的血管圖案缺失帶來的畫質(zhì)評價值不足和如圖7(b)的曲線中的壓力值Ib那樣減輕了壓力的狀態(tài)下的畫質(zhì)評價值不足。因此，對于由血管圖案缺失帶來的畫質(zhì)評價值不足，通過促使減輕壓力，來增加畫質(zhì)評價值并制成可登記的圖像，對于如即使減輕了壓力的狀態(tài)下畫質(zhì)評價值也不足那樣的原本血管圖案少的手指，通過采用促使再出示其他手指等對策來提高登記圖像的識別性。通過在登記時也將壓力值記錄在存儲裝置5中，在1-1認證的情況下，通過顯示部 17等促使以與登記時相同的壓力出示手指，由此能夠提高再現(xiàn)性。在實施例1中，作為進一步提高認證精度的手段，有效的是手指接觸生物體，并設置用于保障來自手指的壓力與畫質(zhì)評價值之間產(chǎn)生相關性的接觸檢測單元。詳細在實施例 2中說明。實施例2
在實施例2中，利用圖8的流程說明還具有接觸檢測單元的情況。首先，在步驟 S300中，檢測手指的出示，進行步驟S310的畫質(zhì)評價值計算。接著，在步驟S320中，檢查畫質(zhì)評價值是否大于閾值TH，在大于的情況下，在步驟S330中進行登記，在小于的情況下， 在步驟S340中，檢查壓力值是否小于閾值TH2。關于壓力值的閾值TH2的決定方法，與上述的畫質(zhì)評價值的閾值TH的一例同樣地，以縱軸為識別性評價值，以橫軸為登記時的壓力值，繪制數(shù)據(jù)庫內(nèi)的全部登記數(shù)據(jù)，能夠統(tǒng)計性地決定識別性評價值能夠維持的登記時的壓力值。大于閾值TH2的情況下，在步驟S350中，通過顯示部17等指示減輕壓力，在小于的情況下，在步驟S360、S370中，進行手指的接觸檢測。在手指未接觸裝置的情況下，在步驟S380中進行指示，以便與裝置接觸，在手指已接觸的情況下，在步驟S390中，指示出示其他手指的出示。對于手指的接觸檢測，為了不使手指按壓裝置并增加畫質(zhì)評價值而指示減輕壓力，但因人而異也有使手從裝置離開的情況。在該狀態(tài)下，不僅無法穩(wěn)定地提取血管圖案， 而且畫質(zhì)評價值反而變低，即使是具有能夠登記的程度的血管圖案的手指，也可能指示出示其他手指。因此，通過進行手指浮起檢測，能夠維持在減輕了壓力的狀態(tài)且手指已與裝置接觸的狀態(tài)，因此也能夠正確地進行指示出示其他手指的引導。作為手指浮起的檢測單元， 除了利用壓力傳感器的輸出值以外，也能夠利用距離傳感器或圖像處理。由圖像處理進行的手指浮起檢測，考慮通過手指的輪廓的變化來檢測的方法、通過血管圖案的變形來檢測的方法等。在實施例1及2中，示出了認證登記數(shù)據(jù)為止的步驟的一例，但本發(fā)明也能夠在判定與登記數(shù)據(jù)進行對照的認證數(shù)據(jù)的精度時使用。實施例3示出了一例。實施例3利用圖9說明本發(fā)明中的認證處理的一例。首先，在步驟S400中，檢測所出示的手指，在步驟S410中，計算初始畫質(zhì)評價值。接著，在步驟S420中，進行與登記圖像的對照。 在I-N認證的情況下，對N個登記圖像全部進行對照，在1-1認證的情況下，對特定的一幅登記圖像進行對照。在步驟S430中，判定所輸入的血管圖像和登記圖像是否一致，在一致的情況下，在步驟S440中，進行認證后的處理。在不一致的情況下，在步驟S450中，指示減輕壓力，在步驟S460中，再次計算畫質(zhì)評價值。在步驟S470中，判定畫質(zhì)評價值是否沒增力口，在沒增加的情況下，再次進行與登記圖像的對照。通過手指放置引導部6因彈性部件8的作用而向下方沉入，由此能夠緩和施加給手指的壓力，能夠抑制血管圖案的缺失。另外，手指放置引導部6的沉入方向也可以不是垂直方向。在使之為向朝向指尖的斜前方沉入的情況下，即使如圖10(a)那樣在手指的根部最初接觸手指放置引導部時手指翹曲，也會如圖10(b)那樣手指放置引導部向斜前方沉入，由此與垂直沉入的情況相比，手指容易彎曲，能夠防止由翹曲帶來的血管圖案的缺失。 另外，彈性部件8也可以夾在指尖引導部與壓力檢測部之間。如圖11(a)、(b)那樣，通過指尖引導部向指根側的斜下方沉入，手指更進一步容易彎曲，難以發(fā)生翹曲。另外，如上所述，能夠緩和來自生物體向裝置出示手指時的前進方向的按壓也是通過相對于裝置上方傾斜朝向生物體來配置而得到的效果。集合多個被檢者進行事前實驗，將最多的登記時的壓力值等作為彈性部件8開始沉入的壓力值，通過促使利用者盡量不使彈性部件8沉入地利用，在登記中及認證中無需特別的指示，就能夠引導到特定的壓力狀態(tài)，因此提供再現(xiàn)性。或者，通過將彈性部件8沉入的臨界位置設定為在多個手指中不發(fā)生翹曲和過量的彎曲的恰當?shù)奈恢茫瑥亩罴训氖种笭顟B(tài)容易再現(xiàn)。另外，若要比上述恰當位置更深地沉入，則彈性部件8的回彈力發(fā)生變化，能夠使從恰當位置沉入變得困難。另外，也可以如圖12(a)、(b)那樣，使指尖引導部5和手指放置引導部6連動地沉入。圖2的靜脈認證裝置可以不利用彈性部件8。在不利用彈性部件8的情況下，容易發(fā)生手指的翹曲。但是，通過彈性部件8以外的單元能夠檢測手指的翹曲。例如，通過利用距離傳感器等距離檢測部21來測定手指與傳感器之間的距離，從而能夠檢測手指的翹曲。 如圖13(a)、(b)那樣，測定手指的指肚側或背側的在手指的長軸方向上延伸的直線上的3 個點以上的距離測定點22-1、22-2、……、22-N與距離傳感器間之間的距離，根據(jù)與放置了平面的物體時的測定距離之間的偏差，能夠檢測出手指的翹曲或彎曲的狀態(tài)、手指浮起。作為距離傳感器，可以利用光學式或超聲波式等。另外，壓力檢測部7-1和壓力檢測部7-2可以設置在裝置整體的下部。通過在手指放置引導部6、指尖引導部5和裝置下部這三處設置壓力檢測，能夠知道施加給裝置整體的壓力的明細。因此，通過在登記時也記錄壓力的明細，在1-1認證時能夠進一步提高再現(xiàn)性。即使引導為減輕壓力，由于產(chǎn)生超過手指和裝置接觸的嚴重壓迫，因此有時血管圖案缺失。因此，與圖14(a)相比，通過如圖14(b)那樣以使手指放置引導部6及指尖引導部5的與手指的接觸位置遠離拍攝裝置4的方式配置，來降低由按壓對血管圖案缺失的影響。圖15是表示在登記時利用者的手指的出示狀態(tài)并進行向正確的出示狀態(tài)進行引導的登記畫面的一例。登記時，多數(shù)利用者不熟悉認證裝置，因此需要引導手指的出示方法。在顯示器等顯示部17上顯現(xiàn)出手指1的出示狀態(tài)，利用者一邊觀察該顯示部17，一邊按照引導來改變手指的出示狀態(tài)。作為顯現(xiàn)在顯示部17上的信息，是壓力檢測部7的輸出值、畫質(zhì)評價值、手指浮起的檢測信息、手指的彎曲程度、手指的翹曲程度、彈性部件8的沉入程度等。根據(jù)手指的出示狀態(tài)，實時切換顯現(xiàn)在顯示部17上的信息。例如，在按壓的壓力過大的情況下，一并顯示表示壓力值的指示器和用力按壓手指的狀態(tài)的示意圖或動畫等，并在顯示部17上顯示請減輕按壓的壓力等引導語。在出現(xiàn)手指浮起，手指彎曲、手指翹曲、彈性部件8的沉入的情況下，通過各個狀態(tài)的示意圖或動畫等來表現(xiàn)手指浮起的狀態(tài)、手指彎曲的狀態(tài)、手指翹曲的狀態(tài)、彈性部件8沉入的狀態(tài)，并且在顯示部17上一同顯示請不要浮起手指、請不要彎曲、請不要翹曲等引導語。以這些信息為基礎，利用者能夠知道怎樣出示手指為好。另外，關于是否正確地修正手指的放置方法，能夠一邊看指示器一邊即時確認。利用者按照畫面的引導正確地進行登記作業(yè)，由此在登記時能夠解決即使管理者在場也難以發(fā)現(xiàn)的、由手指的按壓或手指的浮起等帶來的血管圖案缺失、血管圖案變化的問題。在本發(fā)明的登記處理中，利用者即使按照指示出示了手指，也存在在畫質(zhì)評價值較低的情況下促使出示其他手指的情況。因此，想到因人而異地出示多根手指的情況。由于新出示的第二根以后的手指的血管圖像的畫質(zhì)評價值未必比最初的手指的高，因此在促使出示多根手指的情況下，登記拍攝到的血管圖像中的畫質(zhì)評價值最高的手指。另外，也可以促使全部的登記者出示多根手指，并登記多根手指中的、血管圖像的畫質(zhì)評價值最高的手指。在登記全部的手指的血管圖像時，也可以指示出示在認證時畫質(zhì)評價值最高的手指。這樣，通過畫質(zhì)評價值及壓力控制，拍攝更鮮明的血管圖案，并更多地提取血管的信息，由此能夠更高精度地提取血管的濃淡的信息。實施例4在實施例4中，對根據(jù)作為認證用的圖像而取得的圖像的血管圖案的濃淡來提取特征信息的單元進行說明。使用圖16的認證裝置的處理模塊對利用了特征點匹配方式的認證處理步驟的一實施例進行說明。首先，將保存在存儲器14中的血管圖像31作為輸入，在步驟S500中進行檢測手指出示的處理。若檢測到手指出示，則在步驟S510中，調(diào)整光源3的光量，以便得到最鮮明的血管圖像。這可以利用始終監(jiān)視圖像的平均亮度值并根據(jù)該值對光量進行反饋控制的方法、對指靜脈圖案的圖像施加判定圖案的鮮明度的評價函數(shù)并實施如使其結果最優(yōu)化的光量調(diào)節(jié)的方法等。作為靜脈圖案的鮮明度判定的例子，可以以提取的血管量變得越多則圖案越鮮明的方式來決定評價函數(shù)。接著，進行步驟S520的前處理。拍攝到的血管圖像大多包含手指表面的皸裂、皺紋等血管以外的噪聲，血管并不是一定被鮮明地表現(xiàn)出來。因此，需要僅強調(diào)血管并抑制噪聲的處理。作為前處理，利用邊緣保持平滑化濾波、非銳化屏蔽(un sharp masking)等方法。前處理后，在步驟S530中，根據(jù)強調(diào)了血管的圖像直接檢測特征點51。圖17(a)、 (b)是表示某個血管圖像上的3個點41-1、41-2、41-3和連接這3個點的直線上的亮度曲線 (profile)的示意圖。特征點的檢測例如利用如圖17(a)的血管圖像上的直線上、通過3個點以上的亮度值的高低差能夠表現(xiàn)的曲率或角度、通過2點間的亮度差分能夠表現(xiàn)的梯度等的亮度的起伏。以下，將該亮度差分的信息稱為亮度起伏信息進行說明。根據(jù)如圖18(a)的一幅血管濃淡圖像，通過利用亮度梯度、亮度曲率等來檢測亮度起伏形狀穩(wěn)定且特異的血管中的分支點、彎曲點。之后，在步驟S540中，根據(jù)檢測到的特征點51提取特征量?？梢岳脤⒘炼忍荻然蛄炼惹实茸鳛樘卣鼽c51周邊的亮度起伏信息來特征量化的方法、結合特征點51周邊的亮度起伏信息和特征點周圍的血管的血流方向來特征量化的方法等。作為對特征點51周邊的亮度起伏信息進行特征量化的方法的一例，由將以特征點51為中心的D 像素XD像素的正方形區(qū)域分割成3X3的9個區(qū)域，并將對每個區(qū)域制成的8個方向的亮度方向直方圖(圖16(b))作為特征量的方法。一個特征點具有的特征量成為特征點51的位置信息及72維的亮度起伏信息。9 個區(qū)域各自的亮度梯度直方圖通過計算與以位于各區(qū)域中心的基準像素52為基準而離開距離d的8個方向各自的參照像素53之間的亮度值的差分作為梯度而獲得。最后，進行步驟S550的特征量對照處理。循環(huán)比較登記圖像的全部特征點和對照圖像的全部特征點，并建立對應。在特征量最接近的特征點之間的特征量的類似度大于預先設定的閾值的情況下，進行關聯(lián)。將使登記圖像和對照圖像的全部特征點數(shù)建立起對應后的特征點數(shù)的比率作為一致率，在一致率大于事前設定的閾值的情況下，判定為兩圖像的手指為同一人物的。通過利用與各對應點成對的坐標的位置關系，能夠在對照的圖像間進行正確的定位，該各對應點是通過登記圖像與輸入圖像的特征點建立對應而得到的。不僅通過圖像平面上的旋轉(zhuǎn)移動或平行移動，而且通過在修正三維幾何畸變并進行了定位之后，利用模板匹配方式等特征點匹配以外的方法進行對照，由此與單獨利用特征點匹配方式或模板匹配方式進行對照相比，能夠提供同一手指的靜脈圖案的一致率。在具有出示手指時的自由度大且使用方便的高便利性的認證裝置中，容易發(fā)生手指的位置偏差或搖晃，出示的手指的再現(xiàn)性變低。因此，在模板匹配方式等利用僅表示血管的有無的血管圖案的對照方法中，若手指的出示位置的偏差變大，則在對照的圖像之間，一致的區(qū)域狹窄，用于識別個人的信息不足，認證精度降低。因此，即使在對照的圖像間的一致的區(qū)域狹窄的情況下，通過利用比僅表示血管有無的血管圖案等現(xiàn)有的信息多的信息， 能夠較高地維持認證精度。如圖19(a)和(b)的、二根血管交叉的二個血管圖像，若是以二值表示血管和血管以外的血管圖案，則判定為同一血管，無法區(qū)分。但是，通過利用由亮度起伏帶來的濃淡的深淺信息，能夠掌握交叉的二根血管的前后關系，圖19(a)和(b)能夠被區(qū)別為不同的血管。因此，在圖19(a)中，5個點61a、62a、63a、64a、65a中的、位于同一血管上的63a、61a、 65a這3個點成為相近的亮度，在其后綿延的血管上的62a、6^這2個點成為相近的亮度。 在圖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這3個點成為相近的亮度，6北、6恥這2個點成為相近的亮度。因此，血管交叉的區(qū)域比其他區(qū)域的特異性高，具有更多的特征信息，因此識別性也高。因此，優(yōu)先登記較多地包含血管交叉區(qū)域的手指，對照時，在對交叉區(qū)域的特征量較大地進行加權的基礎上進行對照，并優(yōu)先對照交叉區(qū)域的特征量，由此能夠?qū)崿F(xiàn)認證精度的高精度化和認證的高速化這兩者。另外，不僅將血管的信息設為特征量，還結合存在于手指表面的指紋、皺紋等信息來作為特征量，從而能夠進一步提高識別性。例如，想到了以下方法等在利用上述的方法從血管上的分支點、彎曲點中檢測出特征點之后，不僅將特征點周邊的血管的亮度梯度信息設為特征量，而且還將與特征點的檢測位置相對應的手指表面上的點周邊的手指表面的指紋信息和皺紋信息設為特征量的方法。進而，對提取的特征點進行比較，并結合各特征點在血管圖案上的進深方向，能夠識別各特征點的位置關系。例如，關于如圖20(a)的二種血管，設在各個血管上存在具有相同特征信息的特征點A B。在這種情況下，若僅僅分別對比二個血管A和A、B和B、C和C之間的特征信息，則判斷為二個血管為同一血管。因此，如圖20(b)那樣，為圖像的亮度設定規(guī)定的基準值，比較該亮度和各特征點的亮度，由此能夠取得各特征點之間的亮度值的關系即與拍攝到圖像平面上的血管的進深方向的形狀相關的信息，能夠識別圖20(a)中的二個血管。進而，不依賴于光源的照射強度或光源的位置等，從靜脈圖像的血管上利用亮度起伏信息(最小曲率等)提取多個總是在同一位置檢測的特征性的點，能夠一邊將提取到的特征點彼此連接，能夠一邊重建血管圖案的亮度起伏結構。提高將該重建的進深方向的血管形狀與二維中的模板匹配同樣地用于認證，與一個一個特征信息進行比較的情況相比，能夠格外減輕運算負荷。另外，重建的血管形狀是根據(jù)進深信息穩(wěn)定的特征點生成的，因此與根據(jù)拍攝到的圖像直接構建三維立體結構的情況相比，能夠得到穩(wěn)定且認證精度高的血管圖案。在重建時，通過推定并修正所期望的明亮度的亮度起伏狀態(tài)，能夠使亮度非常亮/ 暗的區(qū)域的亮度起伏與光源的照射強度的變化相對應。另外，若光源的位置不同，則靜脈圖像的整體的亮度傾斜變化，但通過根據(jù)該亮度傾斜推定手指和光源的相對位置，以亮度傾斜變平的方式進行修正，由此能夠與光源的位置的變化相對應。在將在本實施例中說明的利用特征點匹配方式的指靜脈認證方法設為方式々，將利用現(xiàn)有的模板匹配方式的認證方式等設為方式B的情況下，結合方式A和B的認證結果， 來得到最終的認證結果，由此能夠?qū)崿F(xiàn)更高的認證精度。也可以單獨進行實施例4的處理，但通過利用實施例1中說明的畫質(zhì)評價值，對拍攝到的圖像進行實施例1的處理，利用判定為拍攝了足夠的血管圖案的圖像作為認證圖像，由此構成用于認證的圖像的像素的亮度差更鮮明，通過得到更高精度的亮度起伏信息， 能夠提高認證精度。為了更多更正確地取得亮度起伏信息，有效的是更精密地控制從光源照射出的光量，能夠進一步提高認證精度。另外，即使在提取了在實施例1及2中示出的畫質(zhì)評價值， 通過更恰當?shù)乜刂乒饬?，能夠得到鮮明的血管圖案圖像及精度高的含有率。實施例5示出了恰當?shù)乜刂乒饬康姆椒ǖ囊焕?b>實施例5本實施例是使如圖21那樣出示的手指的上部敞開，使利用者不感到壓迫感的裝置形狀。在裝置的限制方面，通過配置在指尖斜前方的兩個光源來照射手指整體。在來自光源的照射光量大，產(chǎn)生曝光過度(白飛t/ )等亮度飽和的情況下，亮度飽和區(qū)域失去起伏信息，因此在利用亮度起伏的認證方式中，不希望亮度飽和的存在。但是， 若照射強度弱，光量不足，則產(chǎn)生亮度差，血管圖像整體變暗，不能得到鮮明的血管圖像。因此，尤其是對于利用亮度起伏的認證方式，希望取得沒有亮度飽和也沒有亮度差的鮮明的血管圖像。對于實施例4中的為了較多且正確地取得亮度起伏信息，這樣的控制也是有效的。圖22是二階段光量調(diào)節(jié)的流程的一例。首先，先在步驟S600中點亮初始光量。 接著，在步驟S610、S620中，將多個光源3的光量比率固定在初始光量的比率并使照射強度發(fā)生變化，來決定最佳照射強度。所謂的最佳照射強度，表示亮到不發(fā)生某一光量比率下的亮度飽和的邊界為止的照射強度。初始光量的光量比率的決定方法例如能夠通過預先對多個手指進行光量控制實驗，并選擇以最多的手指作為最佳而設定的光量比率等的方法來決定。若固定光量比率而改變照射強度，則血管圖像的亮度直方圖保持形狀直接平移(圖 23(a)中從狀態(tài)1到狀態(tài)2的推移)。通過一次以某一適當?shù)恼丈鋸姸日丈洌軌蚯蟪稣丈鋸姸群椭狈綀D的位置相關，能夠推定最佳照射強度。接著，在步驟S630中，基于最佳照射強度，以預先決定的數(shù)圖案的不同的光量比率點亮多個光源，在步驟S640中，決定最佳光量比率，使得圖像整體同樣明亮。最佳光量比率是基于表示亮度直方圖的一貫性(t i t >9 ) 的好壞程度的指標而決定的。例如，在將指標設為亮度分散的情況下，隨著分散變小，直方圖的基于平均亮度的開度(裾野)變小，將分散度達到最小的光量比率設為最佳光量比率 (圖23(b)中的從狀態(tài)2向狀態(tài)3的推移)。在圖21的裝置結構的光源的配置中，要照射指根側的指根光源的照射范圍71與要照射指尖側的指尖光源的照射范圍72存在重合的區(qū)域73，該區(qū)域根據(jù)手指的粗細、長度而變化。因此，在獨立控制各光源的情況下，有時形成亮度飽和區(qū)域或由光量不足引起的暗的區(qū)域，并且有時發(fā)生亮度差。因此，需要同時決定不發(fā)生亮度飽和的最佳照射強度及使手指整體無不均地同樣亮的最佳光量比率。通過進行在最初決定最佳照射強度和最佳光量比率中的任一個之后決定另一個的二階段光量控制方式，無論手指的粗細及長度如何，都能夠獲得無亮度差及無亮度飽和的鮮明的血管圖像。在本實施例中，求出最佳照射強度之后，基于最佳照射強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強度。另外， 無需一定經(jīng)二個階段進行光量調(diào)節(jié)，也可以使照射強度和光量比率同時變化來決定最佳照射強度和最佳光量比率，并進行光量調(diào)節(jié)。本實施例若與實施例1至4所示的方法等組合，則能夠求出更高精度的畫質(zhì)評價值和亮度起伏信息，能夠得到更高的認證精度，但作為僅利用本實施例的單獨的方法也能夠?qū)嵤?。在實施本實施例時，通過在多個光源之間設置防止照射范圍重疊的遮光部，能夠更高精度地設定高效的光高度和光量比率。實施例6示出了一例。實施例6圖是設置用于防止多個光源的照射范圍重合的遮光部81的個人認證裝置的輸入接口的一結構例。圖M(a)、(b)、(c)是輸入接口的側面圖。如圖21那樣，在二個光源的照射范圍重疊的情況下，如圖對(幻那樣，遮光部81 遮住照射指根部側的光源的照射光的一部分，由此照射范圍變得不重合，無需考慮光源之間的相互關系，因此能夠獨立地控制多個光源。但是，由于如圖對…)那樣設置遮光部81，根據(jù)手指的大小，有時照射范圍沒有遍及手指整體。因此，通過如圖M(C)那樣使遮光部81為可動式，能夠與手指大小的個人差相對應，明亮地照射手指整體。工業(yè)實用性能夠作為使用了血管圖案的個人認證裝置、血管圖案提取裝置來利用。
權利要求
1.一種個人認證裝置，利用從生物體取得的血管圖案的特征信息進行個人的認證，其特征在于，包括拍攝部，對所述生物體中的成為認證對象的區(qū)域進行拍攝；以及運算部，取得所述拍攝到的圖像作為認證圖像，所述運算部從所述認證圖像中提取血管圖案，并取得該血管圖案的濃淡程度作為所述特征信息。
2.根據(jù)權利要求1記載的個人認證裝置，其特征在于， 所述運算部，取得所述血管圖案上的具有規(guī)定特征的點作為用于生成所述特征信息的特征點， 分別運算所述特征點和所述特征點附近的多個像素的所述濃淡程度， 取得多個所述濃淡程度作為所述特征點具有的特征信息。
3.一種個人認證裝置，利用從生物體取得的血管圖案的特征信息進行個人的認證，其特征在于，包括拍攝部，對所述生物體中的成為認證對象的區(qū)域進行拍攝；以及運算部，取得所述拍攝到的圖像作為認證圖像， 所述運算部，基于形成所述用于認證的圖像的多個像素的各自的亮度，取得所述血管圖案上的具有規(guī)定特征的點作為用于生成所述特征信息的特征點，分別運算所述特征點和該規(guī)定的像素附近的多個像素之間的亮度差的程度，取得多個所述亮度差的程度作為所述特征點具有的特征信息。
4.根據(jù)權利要求2記載的個人認證裝置，其特征在于，所述附近的像素是距所述特征點等距離的像素。
5.根據(jù)權利要求2記載的個人認證裝置，其特征在于，所述運算部優(yōu)先取得位于多個血管交叉的點的所述特征點。
6.根據(jù)權利要求1記載的個人認證裝置，其特征在于，所述運算部將所述認證圖像與預先存儲的具有所述特征信息的登記圖像相對照。
7.根據(jù)權利要求6記載個人認證裝置，其特征在于，所述運算部利用所述認證圖像中的所述特征點具有的特征信息和所述登記圖像中的特征點具有的特征信息，進行所述認證圖像和所述登記圖像的定位。
8.根據(jù)權利要求2記載的個人認證裝置，其特征在于， 所述特征點為多個，所述運算部，取得所述多個所述特征點的各自的亮度，作為由來于相對于形成所述認證圖像的平面垂直方向的所述血管圖案的形狀的進深信息，根據(jù)所述進深信息，提取基于所述垂直方向上的所述多個特征點的各自的相對關系的 fn息，分別作為所述多個特征點具有的特征信息而取得。
9.根據(jù)權利要求3記載的個人認證裝置，其特征在于， 所述運算部，根據(jù)所述進深信息，取得所述血管圖案的所述垂直方向的形狀， 利用用于所述認證的圖像的平面方向上的所述血管圖案的形狀和所述垂直方向的血管圖案的形狀進行認證。
10.根據(jù)權利要求1記載的個人認證裝置，其特征在于， 所述運算部，運算基于構成所述拍攝到的圖像的多個像素中的、構成所述血管圖案的圖像的像素的比例的畫質(zhì)評價值，在所述畫質(zhì)評價值為規(guī)定值以上時，取得所述拍攝到的圖像作為所述認證圖像。
11.根據(jù)權利要求10記載的個人認證裝置，其特征在于，所述畫質(zhì)評價值是構成所述拍攝到的圖像的全部像素中的、構成所述血管圖案的圖像的含有率。
12.根據(jù)權利要求10記載的個人認證裝置，其特征在于，所述運算部具有顯示所述運算部的運算結果的顯示部。
13.根據(jù)權利要求12記載的個人認證裝置，其特征在于，在所述畫質(zhì)評價值低于所述規(guī)定值時，所述運算部使所述顯示部顯示促使所述生物體將成為所述認證對象的區(qū)域變更為其他的區(qū)域的指示。
14.根據(jù)權利要求12記載的個人認證裝置，其特征在于，還包括 引導部，支撐成為所述認證對象的區(qū)域以外的部位；以及壓力檢測部，檢測施加到所述引導部上的、來自所述生物體的壓力， 所述運算部，運算來自所述生物體的壓力的值，在所述畫質(zhì)評價值低于規(guī)定值時，使所述顯示部顯示促使所述生物體降低所述壓力的指示。
15.根據(jù)權利要求14記載的個人認證裝置，其特征在于，所述運算部具有警告部，在所述畫質(zhì)評價值低于規(guī)定值時或者在所述壓力高于規(guī)定值時，發(fā)出警告音。
16.根據(jù)權利要求14記載的個人認證裝置，其特征在于，在所述畫質(zhì)評價值為第一規(guī)定值以上的值且所述壓力檢測部檢測出的來自所述生物體的壓力的值為第二規(guī)定值以下的值時，所述運算部取得所述圖像作為用于認證的信息。
17.根據(jù)權利要求14記載的個人認證裝置，其特征在于，還包括接觸檢測部，該接觸檢測部檢測所述部位對所述出示引導部的接觸或非接觸， 由所述接觸檢測部判別為所述生物體與所述引導部非接觸時，所述運算部使所述顯示部顯示促使所述生物體使手指接觸的指示。
18.根據(jù)權利要求14記載的個人認證裝置，其特征在于，所述引導部按照所述壓力而工作。
19.根據(jù)權利要求18記載的個人認證裝置，其特征在于， 所述弓I導部具有緩和所述壓力的彈性部件，所述彈性部件從相對于所述個人認證裝置的接地面垂直的方向向要進行認證的所述生物體存在的方向斜向前進地設置。
20.一種運算裝置，為了進行個人認證，取得具有從生物體取得的血管圖案的特征信息的圖像，其特征在于，基于形成所述圖像的多個像素的各自的亮度，取得所述血管圖案上的具有規(guī)定特征的點作為用于生成所述特征信息的特征點，分別運算所述特征點和該規(guī)定的像素附近的多個像素之間的亮度差的程度， 取得多個所述亮度差的程度作為所述特征點具有的特征信息。
全文摘要
本發(fā)明提供生物體認證裝置及方法。以提取拍攝到的圖像中的血管像的濃淡不同作為用于認證的信息，并從一幅圖像中取得更多的生物體信息為第一目的。一種個人認證裝置，利用從生物體取得的血管圖案的特征信息進行個人認證，其特征在于，具有拍攝部，對所述生物體中的成為認證對象的區(qū)域進行拍攝；以及運算部，取得所述拍攝到的圖像作為認證圖像，所述運算部從所述認證圖像中提取血管圖案，取得該血管圖案的濃淡程度作為所述特征信息。
文檔編號G06K9/00GK102467663SQ201110267069
公開日2012年5月23日 申請日期2011年9月9日 優(yōu)先權日2010年11月4日
發(fā)明者三浦直人, 宮武孝文, 松田友輔, 清水春美, 長坂晃朗 申請人:株式會社日立制作所