JP2007011989A - 画像処理装置、画像処理方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】
精度よく認証対象を抽出し得る画像処理装置、画像処理方法及びプログラムを提案する。
【解決手段】
生体に有する識別対象の撮像結果として得られる画像のうち、当該識別対象を太線化し、その太線化された識別対象を細線化するようにしたことにより、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化するため、網状の識別対象を正確に抽出することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、画像処理装置、画像処理方法及びプログラムに関し、バイオメトリクス認証に適用して好適なものである。

従来、生体の指紋をバイオメトリクス認証の対象とした認証装置が数多く提案されているが、近年、生体における血管自体がバイオメトリクス認証の対象の１つとして着目されている。

具体的には、血管の撮像結果として得られる画像データに対して、エッジ抽出処理を施すことによって血管を抽出し、当該血管の中心を通る線を識別対象のデータとして生成するようになされた装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特開平１０−０７９０３４号公報

ところでかかる構成の装置においては、識別対象が例えば眼底における血管である場合、その血管と生体表面との間に介在する他の組織が比較的少ないこと等に伴って、当該血管の撮像結果として得られる画像データにおける血管とそれ以外のコントラスト差が大きくなるため、着目すべき血管を正確に抽出することができる。

しかし、識別対象が例えば生体の指における血管である場合には、その血管と生体表面との間に介在する他の組織が比較的多いこと等に伴って、当該血管の撮像結果として得られる画像データにおける血管とそれ以外のコントラスト差が小さくなる。また認証装置を撮像する装置が粗悪である場合にも、当該撮像結果として得られる画像データにおける識別対象とそれ以外のコントラスト差が小さくなることがある。このような場合には、コントラスト差が小さくなることに起因して、着目すべき血管を正確に抽出することができないという問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、精度よく識別対象を抽出し得る画像処理装置、画像処理方法及びプログラムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、画像処理装置であって、生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のうち、当該識別対象を太線化する太線化手段と、その太線化手段により太線化された識別対象の中間線を検出する検出手段とを設けるようにした。

従って、この画像処理装置では、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化するため、網状の識別対象を正確に抽出することができる。

また本発明は、画像処理装置であって、生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のエッジを検出するエッジ検出手段と、当該エッジ検出手段によりエッジ検出された画像を平滑化する平滑化手段と、当該平滑化手段により平滑化された画像のうち、識別対象を太線化する太線化手段と、当該太線化手段により太線化された識別対象を細線化する細線化手段とを設けるようにした。

従って、この画像処理装置では、エッジ検出後に平滑化するため、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差の小さい画像が得られた場合であっても、当該エッジ検出後の画像に生じる不連続点を除去して網状の識別対象に属さないノイズを正確に除去することができるのみならず、網状の識別対象を太線化した後に細線化するため、当該コントラスト差が小さくなることに起因して識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化して網状の識別対象を正確に抽出することができる。

さらに本発明は、画像処理方法であって、生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のうち、当該識別対象を太線化する第１のステップと、太線化された識別対象を細線化する第２のステップとを設けるようにした。

従ってこの画像処理方法では、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化するため、網状の識別対象を正確に抽出することができる。

さらに本発明は、プログラムであって、生体に有する識別対象の撮像結果として得られる画像を処理する装置の制御を担うコンピュータに対して、当該画像のうち、識別対象を太線化する第１の処理と、その太線化された識別対象を細線化する第２の処理とを実行させるようにした。

従ってこのプログラムでは、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化するため、網状の識別対象を正確に抽出することができる。

本発明によれば、生体に有する識別対象の撮像結果として得られる画像のうち、当該識別対象を太線化し、その太線化された識別対象を細線化するようにしたことにより、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化するため、網状の識別対象を正確に抽出することができ、かくして精度よく識別対象を抽出することができる。

また本発明によれば、生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のエッジを検出し、当該エッジ検出された画像を平滑化し、当該平滑化された画像のうち識別対象を太線化し、当該太線化された識別対象を細線化するようにしたことにより、網状の識別対象とそれ以外とのコントラスト差の小さい画像が得られた場合であっても、当該エッジ検出後の画像に生じる不連続点を除去して網状の識別対象に属さないノイズを正確に除去することができるのみならず、当該コントラスト差が小さくなることに起因して識別対象に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化して網状の識別対象を正確に抽出することができ、かくして識別対象を抽出することができる。

以下図面について、本発明を適用した実施の形態を詳述する。

（１）生体情報生成装置の構成
図１において、１は全体として本実施の形態による生体情報生成装置１を示し、生体の指に内在する血管を撮像する血管撮像部２と、当該撮像結果から生体を識別するためのデータ（以下、これを生体識別データと呼ぶ）を生成する情報生成部３とがケーブルを介して相互に接続されることにより構成される。

（２）血管撮像部の構成
この血管撮像部２は、認証装置１の筺体１Ａの所定位置に指ＦＧを模るようにして形成された湾曲形状のガイド溝１１を有し、当該ガイド溝１１の底面には撮像開口部１２が配設されている。

撮像開口部１２の表面には、所定材質でなる無色透明の開口カバー部１３が設けられている一方、筺体１Ａの内部における撮像開口部１２の直下には、カメラ部１４が配設されている。

またガイド溝１１の側面には、ヘモグロビンに対して特異的に吸収される近赤外光を血管の撮像光として照射する１対の近赤外光光源１５（１５Ａ及び１５Ｂ）が、ガイド溝１１の短手方向と平行に撮像開口部１２を挟み込むようにして配置されており、当該ガイド溝１１に接触された指ＦＧの指腹側部分に近赤外光を照射し得るようになされている。

従ってこの血管撮像部２では、指ＦＧの指腹底に近赤外光を照射する場合に比して、指ＦＧ表面で反射する近赤外光の割合が格段に抑えられる。また指ＦＧ表面を介してその内方に入射する近赤外光は、血管を通るヘモグロビンに吸収されると共に血管以外の組織において散乱するようにして指ＦＧ内方を経由し、当該指ＦＧから血管を投影する近赤外光（以下、これを血管投影光と呼ぶ）として、撮像開口部１２及び開口カバー部１３を順次介してカメラ部１４に入射する。

カメラ部１４においては、マクロレンズ１６と、酸素化及び脱酸素化双方のヘモグロビンに依存性の有する波長域（およそ900[nm]〜1000[nm]）の近赤外光だけを透過する近赤外光透過フィルタ１７と、ＣＣＤ撮像素子１８とが順次配設されており、開口カバー部１３から入射する血管投影光をマクロレンズ１６及び近赤外光透過フィルタ１７を順次介してＣＣＤ撮像素子１８の撮像面に導光する。これによりこのカメラ部１４は、近接する指ＦＧの内方に混在する静脈系及び動脈系双方の毛細血管を忠実に結像し得るようになされている。

ＣＣＤ撮像素子１８は、情報生成部３による制御のもとに、撮像面に結像される血管等を撮像し、当該撮像結果を画像信号として情報生成部３に出力するようになされている。

このようにしてこの血管撮像部２は、生体の指に内在する血管を撮像することができるようになされている。

（３）情報生成部の構成
一方、情報生成部３は、図２に示すように、制御部２０に対して、血管撮像駆動部２１と、画像処理部２２とをそれぞれ接続することにより構成されている。

この制御部２０は、生体情報生成装置１全体の制御を司るＣＰＵ(Central Processing Unit)と、各種プログラムが格納されるＲＯＭ(Read Only Memory)と、当該ＣＰＵのワークメモリとしてのＲＡＭ(Random Access Memory)とを含むコンピュータ構成でなり、当該制御部２０には、各種命令が与えられる。

そして制御部２０は、操作部（図示せず）から血管を抽出する旨の血管抽出命令ＣＯＭが与えられた場合には、ＲＯＭに格納された対応するプログラムに基づいて、動作モードを血管抽出モードに遷移して血管撮像駆動部２１及び画像処理部２２をそれぞれ制御する。

この場合、血管撮像駆動部２１は、近赤外光光源１５と、カメラ部１４のＣＣＤ撮像素子１８とをそれぞれ駆動するようにして血管撮像部２を起動する。この結果、血管撮像部２では、近赤外光光源１５からこのときガイド溝１１（図１）に接触される撮像者の指ＦＧ（図１）の指腹側部に近赤外光が照射され、当該指ＦＧ（図１）を経由してＣＣＤ撮像素子１８の撮像面に導光される血管投影光がこのＣＣＤ撮像素子１８から血管投影画像信号Ｓ１として画像処理部２２に出力される。

この画像処理部２２は、図３に示すように、Ａ／Ｄ(Analog/Digital)変換部３１、エッジ抽出部３２、平滑化処理部３３、２値化部３４、太線化部３５及び中心線検出部３６によって構成されており、ＣＣＤ撮像素子１８から供給される血管投影画像信号Ｓ１をＡ／Ｄ変換部３１に入力する。

Ａ／Ｄ変換部３１は、血管投影画像信号Ｓ１に対してＡ／Ｄ変換処理を施し、この結果得られる血管投影画像データＤ１をエッジ抽出部３２に送出する。

エッジ抽出部３２は、血管投影画像データＤ１に対して、例えばラプラシアンと呼ばれるフィルタ処理を順次施す。この結果、血管投影画像データＤ１の画像における輪郭が他の要素よりも強調され、当該輪郭としての血管が抽出されることとなる。そしてエッジ抽出部３２は、かかるフィルタ処理結果として血管が抽出された画像をデータ（以下、これを血管抽出画像データと呼ぶ）Ｄ２として平滑化処理部３３に送出する。

平滑化処理部３３は、血管抽出画像データＤ２に対して、所定の平滑化処理を施すようになされている。具体的には、平滑化処理部３３は、図４に示すように、着目画素ＮＰを中心とする設定範囲ＡＲ内の画素の輝度値をそれぞれ検出し、その設定範囲ＡＲ内における全ての画素の平均値（以下、これを第１の平均値と呼ぶ）を求めると共に（図４（Ａ））、当該設定範囲ＡＲ内における全ての画素から着目画素ＮＰを除いた各画素の平均値（以下、これを第２の平均値と呼ぶ）を求める（図４（Ｂ））。

そして平滑化処理部３３は、第１の平均値及び第２の平均値の差が所定の闘値未満である場合には、当該着目画素ＮＰがノイズではないものとして、当該着目画素ＮＰの輝度値をそのまま維持する。

これに対して平滑化処理部３３は、第１の平均値及び第２の平均値の差が所定の闘値以上である場合には、当該着目画素ＮＰがノイズであるものとして、当該着目画素ＮＰの輝度値を第１の平均値又は第２の平均値に置き換えるようになされている。

なお、着目画素ＮＰの周りにノイズ成分の画素があった場合であっても、その画素の影響により着目画素ＮＰがノイズであると誤検出されることはない。これは、設定範囲ＡＲ内における全ての画素のうち、着目画素ＮＰ以外の画素がノイズ成分であったとしても、当該着目画素ＮＰ自体がノイズでなければ、第１の平均値及び第２の平均値の差が所定の闘値以上となることはないからである。

このようにして平滑化処理部３３は、画像ＩＭ内における所定の画素を着目画素ＮＰとしてある定められた順に上述の平滑化処理を施し、当該平滑化された画像をデータ（以下、これを平滑化血管抽出画像データと呼ぶ）Ｄ３として２値化部３４に送出する。

２値化部３４は、平滑化血管抽出画像データＤ３に対して２値化処理を施す。この結果、血管抽出画像データＤ２の画像のうち、所定輝度値以下の画素が最低輝度値の画素（以下、これを白画素と呼ぶ）として変換されると共に、当該所定輝度値よりも大きい画素が最高輝度値の画素（以下、これを黒画素と呼ぶ）として変換され、当該画像内に血管だけが残されることとなる。そして２値化部３４は、かかる２値化処理結果として血管だけが残された画像をデータ（以下、これを血管画像データと呼ぶ）Ｄ４として太線化部３５に送出する。

太線化部３５は、血管画像データＤ４に対して、例えばダイリューションと呼ばれるフィルタ処理を施す。この結果、血管画像データＤ４の画像における血管が太線化され、本来連結箇所であるにもかかわらず途切れていた箇所が連結されることとなる。そして太線化部３５は、かかるフィルタ処理結果として血管が太線化された画像をデータ（以下、これを太血管画像データと呼ぶ）Ｄ５として中心線検出部３６に送出する。

中心線検出部３６は、太血管画像データＤ５に対して、例えばThinningと呼ばれるフィルタ処理を施す。この結果、太血管画像データＤ５の画像における血管が細線化され、当該血管が検出対象の中心線として表れることとなる。そして中心線検出部３６は、かかるフィルタ処理結果として血管の中心線が表れた画像を生体識別データＤ６として制御部２０に送出する。

制御部２０は、かかる画像処理部２２から生体識別データＤ６を受け取ると、この識別データＤ６を登録データとして内部若しくは外部に設けられた記録媒体（図示せず）に登録し、又は登録データとの比較対象として内部若しくは外部に設けられた照合器（図示せず）に送出すると共に、血管撮像駆動部２１及び画像処理部２２に対する制御を解除する。

このようにしてこの情報生成部３は、撮像結果から生体を識別するための生体識別データを生成することができるようになされている。

（４）動作及び効果
以上の構成において、この生体情報生成装置１は、生体に内在する血管の撮像結果として得られる画像に含まれた血管を太線化し、当該太線化した血管を細線化する。

従って、この生体情報生成装置１では、識別対象である血管と、当該識別対象以外となるノイズに相当する要素とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該画像内の血管に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化することができるため、血管と生体表面との間に介在する他の組織の多少や、撮像部の善悪等にかかわらず、血管を正確に抽出することができる。

またこの生体情報生成装置１は、血管の太線化の前に、撮像結果として得られる画像を２値化する。従って、この生体情報生成装置１では、太線化の処理として負荷が大きい処理が選定されている場合であっても、正確かつ高速に血管を抽出することができる。

さらにこの生体情報生成装置１は、血管の太線化の前に、撮像結果として得られる画像を平滑化する。従って、この生体情報生成装置１では、コントラスト差の小さい画像に対してエッジ抽出処理を施した場合に生じる不連続点を除去できるため、網状の識別対象に属さないノイズを正確に除去することができる。

そしてかかる平滑化には、その画像における着目画素ＮＰ（図４）の周辺画素群における第１の平均値（図４（Ｂ））と、当該着目画素ＮＰ及び周辺画素群における第２の平均値（図４（Ａ））との差に応じて、着目画素ＮＰの画素値を第１平均値に置き換えるか、若しくは置き換えずに元のままとする手法が適用される。

従って、この生体情報生成装置１では、メディアンフィルタと呼ばれる平滑化処理を採用する場合に比して、着目画素及びその周辺画素群における中間値を検出するソート処理を要しない分だけ、低処理負荷で画像を平滑化することができる。またこの生体情報生成装置１では、本実施の形態による平滑化処理結果（図５（Ａ））と、着目画素ＮＰの画素値を、単に着目画素ＮＰ及び周辺画素群における平均値に置き換える平滑化処理（以下、これを単純平滑化処理と呼ぶ）結果（図５（Ｂ））とを視覚的に比較しても明らかなように、当該単純平滑化処理を採用する場合に比して、着目画素ＮＰの周辺画素群に含まれるノイズ成分の画素に影響されることなく、当該着目画素ＮＰを正確に平滑化することができる。

なお、実験結果を図６及び図７に示す。この図６及び図７は、中央の着目画素と、その着目画素に隣接する画素との画素値の変化を示すものであり、図６（Ａ）及び図７（Ａ）は平滑化前、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）は本実施の形態による平滑化処理後、図６（Ｃ）及び図７（Ｃ）は単純平滑化処理をそれぞれ示すものである。なお、図６（Ｂ）及び図７（Ｂ）では、平滑化処理で採用される置き換えの閾値が「５０」として設定されている。

この図６からも明らかなように、本実施の形態による平滑化処理では着目画素の値が正しく置き換えられるのに対し、単純平滑化処理では、着目画素ＮＰの値が正しく置き換えられないことが分かる。また図７からも明らかなように、本実施の形態による平滑化処理では着目画素ＮＰの周辺画素群に含まれるノイズ成分の画素に影響されることなく着目画素の値が維持されるのに対し、単純平滑化処理では、当該周辺画素群に含まれるノイズ成分の画素に影響されて着目画素の値が変化していることが分かる。

以上の構成によれば、生体に内在する血管の撮像結果として得られる画像に含まれた血管を太線化し、当該太線化した血管を細線化するようにしたことにより、識別対象である血管と、当該識別対象以外となるノイズに相当する要素とのコントラスト差が小さくなることに起因して、当該画像内の血管に途切れ部分が生じた場合であっても、その途切れ部分を結合した上で細線化するため、血管を正確に抽出することができ、かくして精度よく血管を抽出することができる。

（５）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、生体における網状の識別対象として、生体に内在する血管を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、生体に表在する指紋や、生体に内在する神経等のこの他種々のものを適用することができる。因みに、神経を認証対象とする場合には、例えば神経に特異的なマーカを体内に注入し、当該マーカを撮像するようにすれば、上述の実施の形態と同様にして神経を識別対象とすることができる。

また、かかる識別対象の範囲として、指を適用するようにしたが、本発明はこれに限らず、例えば腕、眼底、掌、足指又は足裏等の他の生体部位を適用するようにしても良く、生体全体を適用しても良い。

さらに、かかる識別対象を撮像する撮像手段として、図１に示す構成のものを適用するようにしたが、本発明はこれに限らず、その用途や識別対象の種類等に応じて、種々の構成のものを幅広く適用することができる。

また上述の実施の形態においては、識別対象を太線化する太線化手段として、ダイリューションと呼ばれるフィルタ処理を施すようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えばワンズフィルタ処理を施す等、この他種々の手法により識別対象を太線化することができる。

さらに上述の実施の形態においては、識別対象を細線化する細線化手段として、Thinningと呼ばれるフィルタ処理を施すようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば血管幅を計測して血管の中心線を検出するようにしても良い。

さらに上述の実施の形態においては画像処理部２２をハードウェア的に動作するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該画像処理部２２におけるＡ／Ｄ変換部３１、エッジ抽出部３２、平滑化処理部３３、２値化部３４、太線化部３５及び中心線検出部３６の各種処理の全部又は一部を実行させるプログラムによりソフトウェア的に動作させるようにしても良い。

本発明は、生体を識別する技術を用いる分野に利用可能である。

本実施の形態による生体情報生成装置の全体構成を示す略線図である。 情報生成部の構成を示すブロック図である。 画像処理部の構成を示すブロック図である。 平滑化処理の説明に供する略線図である。 平滑化処理結果の画像を示す略線図である。 実験結果（１）を示す略線図である。 実験結果（２）を示す略線図である。

符号の説明

１……生体情報生成装置、２……血管撮像部、３……情報生成部、１４……カメラ部、１５Ａ、１５Ｂ……近赤外光光源、１６……マクロレンズ、１７……近赤外光透過フィルタ、１８……ＣＣＤ撮像素子、２０……制御部、２１……血管撮像駆動部、２２……画像処理部、３１……Ａ／Ｄ変換部、３２……エッジ抽出部、３３……平滑化処理部、３４……２値化部、３５……太線化部、３６……中心線検出部、ＣＯＭ……命令、Ｓ１……血管投影画像信号、Ｄ１……血管投影画像データ、Ｄ２……血管抽出画像データ、Ｄ３……平滑化血管抽出画像データ、Ｄ４……血管画像データ、Ｄ５……太血管画像データ、Ｄ６……生体識別データ、ＡＲ……設定範囲、ＮＰ……着目画素。

Claims (7)

1. 生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のうち、上記識別対象を太線化する太線化手段と、
   上記太線化手段により太線化された上記識別対象を細線化する細線化手段と
   を具えることを特徴とする画像処理装置。
2. 上記識別対象は、生体部位における血管である
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
3. 生体における識別対象の撮像結果として得られる画像を２値化する２値化手段を具え、
   上記太線化手段は、
   上記２値化手段により２値化された画像のうち、上記識別対象を太線化する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
4. 生体における識別対象の撮像結果として得られる画像を平滑化する平滑化手段を具え、
   上記平滑化手段は、
   上記画像における着目画素の周辺画素群における第１の平均値と、当該着目画素及び上記周辺画素群における第２の平均値との差に応じて、上記着目画素の画素値を上記第１の平均値に置き換えるか、若しくは置き換えずに元の値のままとし、
   上記太線化手段は、
   上記平滑化手段により平滑化された画像のうち、上記識別対象を太線化する
   ことを特徴とする請求項１に記載の画像処理装置。
5. 生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のエッジを検出するエッジ検出手段と、
   上記エッジ検出手段によりエッジ検出された画像を平滑化する平滑化手段と、
   上記平滑化手段により平滑化された画像のうち、上記識別対象を太線化する太線化手段と、
   上記太線化手段により太線化された上記識別対象を細線化する細線化手段と
   を具えることを特徴とする画像処理装置。
6. 生体における網状の識別対象の撮像結果として得られる画像のうち、上記識別対象を太線化する第１のステップと、
   太線化された上記識別対象を細線化する第２のステップと
   を具えることを特徴とする画像処理方法。
7. 生体に有する識別対象の撮像結果として得られる画像を処理する装置の制御を担うコンピュータに対して、
   上記画像のうち、上記識別対象を太線化する第１の処理と、
   太線化された上記識別対象を細線化する第２の処理と
   を実行させることを特徴とするプログラム。
   

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