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JP4539683B2 - 生体特徴入力システム、画像合成装置、画像合成方法および、画像合成プログラム - Google Patents

生体特徴入力システム、画像合成装置、画像合成方法および、画像合成プログラム Download PDF

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Description

本発明は、生体特徴入力システム、画像合成装置、画像合成方法および、画像合成プログラムに関する。
特許文献1は、カメラが足上面と鏡体に写る足側面の鏡像をまとめて撮影する技術を開示する。しかし、本技術は足上面と鏡体に写る足側面の鏡像をつなぎ合わせた画像を合成するものではない。
特許文献2は、錠剤を左右に置かれたプリズムを用いて、正面と側面の画像を同時に撮影する技術を開示する。しかし、本技術は錠剤の正面と側面の画像をつなぎ合わせた画像を合成するものではない。
特許文献3は、半導体の側面が、上面とともに画像として取り込めるように四方に鏡をおく技術を開示する。しかし、本技術は半導体の上面と側面の画像をつなぎ合わせた画像を合成するものではない。
特開2002−81912号公報 特開平5−87744号公報 特開2000−18927号公報
上述した特許文献1乃至3の技術は、撮像手段によって直接撮像された画像と鏡やプリズム等を用いて鏡像反転して撮像された画像をつなぎ合わせた画像を合成することはできなかった。本発明の目的は、上述の課題を解決するための生体特徴入力システム、画像合成装置、画像合成方法および、画像合成プログラムを提供することにある。
本発明の一例の画像合成装置は、互いに分離された第1画像と第2画像の両画像を同一面に含む第3画像を入力して、第1画像を鏡面反転して第2画像とつなぎ合わせをして第4画像を合成する。
本発明の一例の画像合成方法は、コンピュータが、互いに分離された第1画像と第2画像の両画像を同一面に含む第3画像を入力する入力行程と、第1画像を鏡面反転する反転行程と、反転した前記第1画像と第2画像とつなぎ合わせをして第4画像を合成する合成行程を有する。
本発明の一例の画像合成プログラムは、コンピュータに、互いに分離された第1画像と第2画像の両画像を同一面に含む第3画像を入力する入力処理と、第1画像を鏡面反転する反転処理と、反転した前記第1画像と第2画像とつなぎ合わせをして第3画像を合成する合成処理を実行させる。
本発明によれば、互いに分離された第1画像と第2画像の両画像を同一面に含む第3画像を入力して、第1画像を鏡面反転して第2画像とつなぎ合わせて第4画像を合成することができる。
次に、本発明を実施するための実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図1は本実施例の生体特徴入力システム15を示す。本実施例の生体特徴入力システム15は、指13の指紋や血管などの生体特徴によって個人を認証するためのシステムである。このシステムは、指13の正面だけでなく側面も同時に一つの撮像システム14内の撮像部29で撮像することによって、指13の生体特徴を3方向から測定する。これにより、指13の回転などによる認証精度の悪化が防止できる。
生体特徴入力システム15は、指13の左右の側面に配置された鏡11、12と撮像システム14とから構成される。図1の左側は、生体特徴入力システム15を入力対象となる指13の指先方向からみた図である。図1は、さらに鏡11、12および、指13を指13の横からみた図も示している。
なお、指13の方向表記は以下の通りである。撮像システム14に向いている側が正面、その反対側が背面である。正面および背面と概ね直交する側は側面である。側面の一方が右、他方が左である。また、指13の指紋のある側は腹である。腹の反対側が裏である。腹および裏と概ね直交する面が横である。横の一方が右横、他方が左横である。図1では、指13の腹が正面を向いている。図8では、指13が回転して、腹は側面方向を向いている。図1において、正面は下方を向いているが、それに限定されない。
図1において、指13の左右の側面に配置された鏡11、12(反射部とも呼ぶ)は、指13の側面の画像を写して正面方向に反射する。鏡11、12は、反射された画像が指13の正面の撮像システム14によって撮像できるように配置されている。すなわち、鏡11、12は、両者の間の距離が指13の正面側で広く、背面側で狭くなるような角度を持って配置されている。反射面は指側に設けられている。撮像システム14は、鏡11、12に写っている指13の側面部と正面部を同時に撮像する。なお、鏡11、12は、光を反射する他の物で代用してもよい。代用物には、金属板、プラスチック板含む。
図2は撮像システム14の詳細な構成を示す。撮像レンズ21は指13の正面部分と鏡11、12に反射した指13の側面部分を撮像デバイス22に映し出す。AD変換部24と周辺制御部23は、撮像デバイス22に映し出された指13の画像を合成前画像データ31に変換して画像合成部25に送出する。画像合成部25は、入力された合成前画像データ31から正面画像33と鏡11、12に反射して撮像された側面画像(右画像32および左画像34)を取り出す。そして、同部は、それらを連続するようにつなぎ合わせて、正面と側面の両者を含む合成後画像データ51を画像処理部26に出力する。画像処理部26は、指13の合成後画像データ51から指紋や血管などの画像特徴を抽出し、画像特徴抽出データ28を照合部27に出力する。照合部27は、画像特徴抽出データ28とあらかじめ図示しないデータベースなどに登録された指紋や血管などの登録特徴データ2Aとの照合を行う。この照合結果に基づいて個人が認証される。
なお、撮像レンズ21、撮像デバイス22、周辺制御部23およびAD変換部24は、撮像部29を構成する。また、撮像デバイス22は、CCDやCMOSなどのイメージセンサで構成される。
周辺制御部23、画像処理部26および照合部27は、プロセッサー、メモリーやプログラムなどで構成され、指紋や血管像の画像処理を最適に行い、測定データの登録や照合を行う。それらは、ハードウェアで専用の装置として構成されていてもよい。それらおよび、AD変換部24は、当業者に知られており、また本発明とは直接関係しないので、詳細な構成は省略する。
図6は画像合成部25の詳細な構成を示す。画像合成部25は処理装置61を備える。処理装置61は、合成前画像データ31の側面画像(右画像32および左画像34)の一方または両方を入力して鏡像反転し、正面画像33とつなぎ合わせて、合成後画像データ51を合成して出力する。処理装置61は、後述するように他の処理を追加的に実行してもよい。処理装置61はハードウェアで実現してもよいし、プロセッサーが記憶域に格納されている画像合成プログラム62を読み込んで実行することで同等な機能を果たすように実現してもよい。
次に、本実施例の動作について図面を参照して説明する。
図2において、鏡11、12は、指13の側面の画像を写して正面方向に反射する。撮像システム14内の撮像部29は、鏡11、12に写っている指13の側面部と正面部を同時に撮像する。
図3は撮影された画像、すなわち合成前画像データ31を示す。ここで、指13の各部が合成前画像データ31においてどのように現れるかを示すために指13に、指13の伸張方向に伸びる線a、線b、線cおよび線dが図2に示すように描かれていると仮定する。線aは正面画像33のa2および右画像32のa1の位置に撮像される。線bは正面画像33のb2および左画像34のb1の位置に撮像される。線cは右画像32のc1の位置に撮像される。線dは左画像34のd1の位置に撮像される。線cと線dは指13の背面に位置するため、正面画像33には撮像されない。
図7は画像合成部25の処理フローを示す。画像合成部25は、合成前画像データ31を入力して、右画像32、正面画像33および左画像34を取り出す(A1)。これらの取り出しは、各画像間に存在する指13以外の画像(図3の白抜き部分)の色彩や輝度に基づいて行う。なお、本実施例の生体特徴入力システム15に於いては、鏡11、12の相互間隔、角度、および撮像部29との相対位置は、各画像間に存在する指13以外の画像(図3の白抜き部分)が存在するように調整される。
次に、画像合成部25は、右画像32および左画像34を鏡像反転する(A2)。図4はこの処理結果の合成中画像データ41を示す。ここで、本来指13の同一位置である、線a1と線a2が隣接する。線b1と線b2も隣接する。
その後、画像合成部25は画像のつなぎ合わせを行う。同部は、まず、合成中画像データ41から指紋の特徴点を抽出する(A3)。
指紋を含む画像データから特徴点を抽出する技術は当業者に知られており、その詳細な説明は省略する。
次に、画像合成部25は、特徴点が一致するように正面画像33、右画像32および左画像34をつなぎ合わせる(A4)。つまり、同部は、図4の線a1と線a2、および、線b1と線b2を重ね合わせる。具体的には、同部は、右画像32および左画像34を指13の伸張方向と直交する方向(図4下部の矢印方向)に平行移動して正面画像33と特徴点が一致する位置をパターンマッチングの手法で見いだす。そして、同部は、正面画像33、右画像32および左画像34をつなぎ合わせる。
なお、特徴点の一致は完全である必要はない。一致は、照合に耐えうる範囲であればよい。例えば、特徴点の80%程度が一致すればよい。図5は、上記の処理で画像合成部25が出力する合成後画像データ51を示す。
また、画像合成部25は、指13の画像以外の画像を合成するように実装することも可能である。例えば指13の代わりにネジの撮像画像を入力して、ネジのパターンに基づいて、ネジの正面画像33、右画像32および左画像34をつなぎ合わせるようにしてもよい。
図8は、照合時に指13が斜めに回転して置かれた場合を示している。指13の腹は鏡11に反射して撮像部29により得られる。横部分は直接撮像部29によって得られる。
図9は、照合時に指13が図8の場合とは逆方向に斜めに回転して置かれた場合を示している。指13の腹部分は鏡12に反射して撮像部29により得られる。横部分は、直接撮像部29によって得られる。
本実施例においては、鏡11、12と画像合成部25を備えているため、以下に記載するような効果を奏する。第1の効果は、指紋を指13の正面と両側面の3方から測定しているので、正面だけの方式より高精度な個人認証ができることである。第2の効果は指13の指紋などの生体特徴を指13の正面と両側面の3方から測定しているので、測定者が無意識に指13を斜めに回転させても個人認証ができることである。
実施例1の生体特徴入力システム15は、鏡11と鏡12の両者を備えていた。第2の実施例では、いずれか一方のみを備える。鏡11または鏡12の一方を備えなくてすむので、生体特徴入力システム15を小型かつ安価に実現できる。本実施例は、指紋を指13の正面と一方の側面の2方から測定しているので、正面だけの方式より高精度な個人認証ができる。さらに、本実施例は、指紋を指13の正面と一方の側面の2方から測定しているので、測定者が無意識に指13を斜めに回転させても個人認証ができる。
図10は第3の実施例の生体特徴入力システム15を示す。本実施例は、実施例1の鏡11、12の両者の上部に天井板90を備える。本実施例はこの天井板90を備えるため、画像合成部25が、合成前画像データ31から、右画像32、正面画像33および、左画像34を分離して取り出すことが容易となる。各図面間(図3の空白部分)の色彩や輝度が、上述の各画像と相違するようにできるからである。なお、本実施例では、指13は生体特徴入力システム15の前部などから挿入する。
第4の実施例の基本的構成は実施例1の通りであるが、さらに正面照明91および背面照明92を備える。図11はその構成を示す。
正面照明91は、指13の指先の正面部分(通常は腹部分)を照射して、指先の腹に存在する指紋の反射像を生じさせる。正面照明91による指画像は反射光による像である。従って、その波長特性は可視光でも近赤外線でも良く、撮像デバイス22の特性に合わせて選べる。しかし、汚れや外乱光を考慮すると赤色、または850−960nm程度の近赤外の波長特性が望ましい。すなわち、正面照明91はLEDなどの使用が望ましい。また正面レンズ93などによって集光させ、指先の腹部分のみを照射することが望ましい。
背面照明92は、指13の第一関節と第二間接の間(いわゆる中節)を指13の背側から照射し、この部分に多く存在する血管像を得る。また背面レンズ94などが、集光して指13の第一関節と第二間接の間のみを照射することが望ましい。背面照明92の光は、指13の内部を透過し、血管中の赤い血で吸収される波長が望ましい。光源は、赤色、ないし850−960nm程度の近赤外線領域に波長特性を持つLEDなどが望ましい。
本実施例では、正面照明91と背面照明92を備えるため、指13の生体特徴である指紋と血管を同時に撮像できる。このように、本実施例は、鏡11、12に加えて正面照明91と背面照明92を備えるので、一つの撮像部29で指紋と血管の2つの生体特徴を正面と側面とから測定することができる。本実施例は、実施例1より高精度な生体認証が出来る。
第5の実施例は、実施例4において正面照明91および背面照明92の光を波長850−960nm程度の近赤外線とし、指13と撮像部29の間に可視領域の光をカットする赤外線透過フィルター95を備える。図12は本実施例の構成を示す。本実施例は、赤外線透過フィルター95を使用して室内照明用の蛍光灯などの外乱光を防ぐことが出来る。
生体特徴入力システムの全体構成を示す図である。 撮像システムの構成を示す図である。 合成前画像データを示す図である。 合成中画像データを示す図である。 合成後画像データを示す図である。 画像合成部の構成を示す図である。 画像合成部の処理フローチャートである。 指の位置のバリエーションを示す図である。 指の位置のバリエーションを示す図である。 実施例3の生体特徴入力システムの構成を示す図である。 実施例4の生体特徴入力システムの構成を示す図である。 実施例5の生体特徴入力システムの構成を示す図である。
符号の説明
11 鏡
12 鏡
13 指
14 撮像システム
15 生体特徴入力システム
21 撮像レンズ
22 撮像デバイス
23 周辺制御部
24 AD変換部
25 画像合成部
26 画像処理部
27 照合部
28 画像特徴抽出データ
29 撮像部
2A 登録特徴データ
31 合成前画像データ
32 右画像
33 正面画像
34 左画像
41 合成中画像データ
51 合成後画像データ
61 処理装置
62 画像合成プログラム
90 天井板
91 正面照明
92 背面照明
93 正面レンズ
94 背面レンズ
95 赤外線透過フィルター

Claims (13)

  1. 互いに分離された指の一方の側面画像を正面方向に反射させた第1画像と前記指の正面画像である第2画像を、正面方向から撮像した第3画像を入力する入力手段と、
    記第1画像を鏡面反転する反転手段と、
    記第2画像と、前記両画像から抽出した前記特徴点が登録特徴点データとの照合が可能な程度に一致するようにつなぎ合わせをして前記照合に用いる第4画像を合成する合成手段を有する画像合成装置。
  2. 前記合成手段は、鏡面反転された前記側面の画像を前記指の伸張方向と直交する方向に平行移動して前記両画像の前記特徴点を一致させて前記つなぎ合わせをして前記第4画像を合成する請求項1に記載の画像合成装置。
  3. 前記第3画像を撮像する撮像部と、
    背面方向近傍に開放空間が存在するように前記指の側面に非接触に配置されて、前記側面の画像を前記指の正面方向に反射して、正面に配置された前記撮像部が前記側面の画像を撮像可能にする反射部と、
    請求項1または2に記載の画像合成装置を備えた生体特徴入力システム。
  4. 前記反射部は、前記指の伸張方向に伸びる反射板であって前記指の両側面に各々配置され、各々の前記反射部間の距離が前記指の背面側より正面側の方が大きな請求項3の生体特徴入力システム。
  5. 前記指の正面方向に第1の光源を、前記指の背面方向に第2の光源を備えた請求項3または4に記載の生体特徴入力システム。
  6. 前記第2の光源の光は前記指の第一関節と第二間接の間を前記指の裏方向からから照射する請求項5に記載の生体特徴入力システム。
  7. 前記第1の光源および第2の光源の光の波長は850nm乃至960nmであり、前記指と前記撮像部の間に赤外線透過フィルターを備える請求項5または6に記載の生体特徴入力システム。
  8. コンピュータが、互いに分離された指の一方の側面画像を正面方向に反射させた第1画像と前記指の正面画像である第2画像を、正面方向から撮像した第3画像を入力する入力行程と
    前記コンピュータが、前記第1画像を鏡面反転する反転行程と、
    前記コンピュータが、反転した前記第1画像と前記第2画像とを、前記両画像から抽出した前記特徴点が登録特徴点データとの照合が可能な程度に一致するようにつなぎ合わせをして前記照合に用いる第4画像を合成する合成行程を有する画像合成方法。
  9. 前記合成行程に於いて、前記コンピュータが、鏡面反転された前記側面の画像を前記指の伸張方向と直交する方向に平行移動して前記両画像の前記特徴点を一致させて前記つなぎ合わせをして前記第4画像を合成する請求項8に記載の画像合成方法。
  10. 撮像部が、前記第3画像を撮像する撮像工程と、
    背面方向近傍に開放空間が存在するように前記指の側面に非接触に反射部を配置された反射部が、前記側面の画像を前記指の正面方向に反射して、正面に配置された前記撮像部が前記側面の画像を撮像可能にする反射工程、
    を有する請求項9の画像合成方法。
  11. 前記反射部は、前記指の伸張方向に伸びる反射板であって前記指の両側面に各々配置され、各々の前記反射部間の距離が前記指の背面側より正面側の方が大きな請求項10の画像合成方法。
  12. コンピュータに、互いに分離された指の一方の側面画像を正面方向に反射させた第1画像と前記指の正面画像である第2画像を、正面方向から撮像した第3画像を入力する入力処理と、
    第1画像を鏡面反転する反転処理と、
    反転した前記第1画像と第2画像とを、前記両画像から抽出した前記特徴点が登録特徴点データとの照合が可能な程度に一致するようにつなぎ合わせをして前記照合に用いる第4画像を合成する合成処理を実行させる画像合成プログラム。
  13. 前記合成処理に於いて、前記コンピュータに、鏡面反転された前記側面の画像を前記指の伸張方向と直交する方向に平行移動して前記両画像の前記特徴点を一致させて前記つなぎ合わせをして前記第4画像を合成させる請求項12に記載の画像合成プログラム。
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