專利名稱：圖案識別方法、登記設(shè)備、驗證設(shè)備以及程序的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖案識別方法、登記設(shè)備、驗證設(shè)備以及程序，并且優(yōu)選地
應(yīng)用于生物認證(biometrics authentication)。
背景技術(shù)：
血管已成為生物認證的對象之一。通常將登記者(registrant)的血管圖像作 為登記數(shù)據(jù)登記在認證設(shè)備中。根據(jù)作為待驗證的數(shù)據(jù)而輸入的驗證數(shù)據(jù)與 登記數(shù)據(jù)的類似程度，該認證設(shè)備進行關(guān)于一個人是否是登記者的判定。
對于這種認證設(shè)備，存在多種辦法來防止身份盜竊。例如， 一種方法關(guān) 注于如下的事實輸入的驗證數(shù)據(jù)的坐標及其它因子不可能與先前輸入的驗 證數(shù)據(jù)正好相同當設(shè)備發(fā)現(xiàn)這些驗證數(shù)據(jù)完全相同時，即使它們與登記數(shù) 據(jù)相同，其也不認證(例如，見專利文檔1)。該身份盜竊防止方法在登記者的 血管圖像數(shù)據(jù)被竊取時可很好地起作用。
順便提及，存在如下的報告如果釆用諸如蘿卜之類的塊根作物(rootcrop) 的圖片，而不是手指的圖片，那么由于蘿卜內(nèi)管(insidetube)(諸如脈管(vessel)、 篩管(sieve tube)及纖維束(fascicle))看上去像活體的血管，因此認證設(shè)備可獲 得與血管的圖案(在下文中，稱為血管圖案)相似的圖案(在下文中，稱為偽血 管圖案)蘿卜等的使用使得可以身份盜竊。
專利文檔1:日本專利公開No.2002-259345
非專利文檔 1: Tsutomu Matsumoto, "Biometrics Authentication for Financial Transaction"[在線],2005年4月15曰，the 9th study group of the Financial Services Agency for the issues on forged cash card,(在2006年8月21 曰4全索)，因特網(wǎng)〈URL:http:〃www.fsa.go.jp/singi/singi—fccsg/gaiyou/GOOSOMS-singi—fccsg/02.pdf>)。
在這種情況下，偽血管圖案的坐標和其它因子不可能與登記者的血管圖 案的那些正好相同。因此即使應(yīng)用上面的身份盜竊防止方法，也可能將任何 人識別為登記者，使得可以身份盜竊并且降低了認證的準確性。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上面的要點提出本發(fā)明，旨在提供可改善認i正的準確性的圖案識別 方法、登記設(shè)備、驗證設(shè)備及程序。
為了解決以上問題，本發(fā)明的圖案識別方法包含如下步驟為從多個活 體樣本獲得的每個活體圖案計算表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值； 計算該兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的
值；通過使用表示遠離該中心的延展度的值，計算從將要登記或?qū)⒁c已登 記的數(shù)據(jù)相比較的那些獲得的圖案的該兩個或更多個形態(tài)值和該兩個或更多 個形態(tài)值的分布的中心之間的距離；以及如果該距離大于預(yù)定闊值，則去除 該圖案。
因此，該圖案識別方法可辨別從將要登記或者將要與已登記的數(shù)據(jù)相比 較的那些獲得的圖案存在于具有關(guān)于每個活體圖案的多維(圖案形態(tài)值)的分 布中的什么位置，以及其是否存在于從該分布的中心延伸至邊界(閾值)的范圍 內(nèi)存在于該范圍的內(nèi)部意味著其為活體圖案。
因此，即使從將要登記或?qū)⒁c已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些獲得的圖案 是偽圖案，該圖案識別方法也可增大其在將它們登記或比較之前消除類似于 活體圖案的偽圖案的可能性。
此外，本發(fā)明的登記設(shè)備包含存儲部件，用于為從多個活體樣本獲得 的每個活體圖案存儲表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心 以及表示遠離該中心的延展度的值；計算部件，用于通過使用所述值，計算 從將要登記的那些獲得的圖案的兩個或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的 兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的距離；以及登記部件，用于如果所 述距離大于預(yù)定的閾值，那么去除該圖案，而如果所述距離在該閾值之內(nèi)， 那么將該圖案登記在存儲介質(zhì)中。
因此，該登記設(shè)備可辨別從將要登記的那些獲得的圖案存在于具有關(guān)于 每個活體圖案的多維(圖案形態(tài)值)的分布中的什么位置，以及其是否存在于從 該分布的中心延伸至邊界(閾值)的范圍內(nèi)存在于該范圍的內(nèi)部意味著其為活 體圖案。
因此，即使從將要登記的那些獲得的圖案是偽圖案，該登記設(shè)備也可增 大其在將它們登記之前消除類似于活體圖案的偽圖案的可能性。此外，本發(fā)明的驗證設(shè)備包含存儲部件，用于為從多個活體樣本獲得 的每個活體圖案存儲表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心 以及表示遠離該中心的延展度的值；計算部件，用于計算從將要登記的那些 獲得的圖案的兩個或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的兩個或更多個形態(tài) 值的分布的中心之間的距離；以及驗證部件，用于如果所述距離大于預(yù)定的 閾值，那么去除該圖案，而如果所述距離在該閾值之內(nèi)，那么將該圖案與登 記在存儲介質(zhì)中的已登記數(shù)據(jù)相比較。
因此，該驗證設(shè)備可辨別從將要比較的那些獲得的圖案存在于具有關(guān)于 每個活體圖案的多維(圖案形態(tài)值)的分布中的什么位置，以及其是否存在于從 該分布的中心延伸至邊界(闞值)的范圍內(nèi)存在于該范圍的內(nèi)部意味著其為活 體圖案。
因此，即使從將要比較的那些獲得的圖案是偽圖案，該驗證設(shè)備也可增 大其在將它們比較之前消除類似于活體圖案的偽圖案的可能性。
此外，促使為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案的形 狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值的 計算機執(zhí)行如下處理的本發(fā)明的程序第一處理，通過使用所述值，計算從 將要登記的那些獲得的圖案的兩個或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的兩 個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的距離；以及第二處理，如果所述距離 大于預(yù)定的閾值，那么去除該圖案，而如果所述距離在該閾值之內(nèi)，那么將 該圖案登記在存儲介質(zhì)中(或者第二處理，如果所述距離大于預(yù)定的閾值，那 么去除該圖案，而如果所述距離在該閾值之內(nèi)，那么將該圖案與登記在存儲 介質(zhì)中的已登記數(shù)據(jù)相比較)。
因此，該程序可辨別從將要登記或者將要與已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些 獲得的圖案存在于具有關(guān)于每個活體圖案的多維(圖案形態(tài)值)的分布中的什 么位置，以及其是否存在于從該分布的中心延伸至邊界(閾值)的范圍內(nèi)存在 于該范圍的內(nèi)部意味著其為活體圖案。
因此，即使從將要登記或?qū)⒁c已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些獲得的圖案 是偽圖案，該程序也可增大其在將它們登記或比較之前消除類似于活體圖案 的偽圖案的可能性。
根據(jù)本發(fā)明，它們可辨別從將要登記或者將要與已登記的數(shù)據(jù)相比較的 那些獲得的圖案存在于具有關(guān)于每個活體圖案的多維(圖案形態(tài)值)的分布中的什么位置，以及其是否存在于從該分布的中心延伸至邊界(閾值)的范圍內(nèi) 存在于該范圍的內(nèi)部意味著其為活體圖案。因此，通過假定其不是活體的圖 案，它們可增大其在將它們登記或比較之前消除偽圖案的可能性。因而，可 以實現(xiàn)能夠改善認證的精度的登記設(shè)備、驗證設(shè)備、提取方法以及程序。


圖1是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的數(shù)據(jù)生成設(shè)備的配置的框圖。
圖2是圖示控制部分的圖像處理的功能框圖。
圖3是圖示預(yù)處理過程之前和之后的圖像的示意圖。
圖4是關(guān)于端點、發(fā)散點和孤立點的顯現(xiàn)圖案的描述的示意圖。
圖5是圖示發(fā)散點與發(fā)散或端點之間的血管線的跟蹤的示意圖。
圖6是關(guān)于血管像素的跟蹤的描述的示意圖。
圖7是圖示線上的點和變形點的顯現(xiàn)圖案的示意圖。
圖8是關(guān)于變形點的檢測的描述的示意圖。
圖9是關(guān)于線段(segment)像素相對于原始血管像素的交疊率的判定的描 述的示意圖。
圖IO是圖示移除處理的過程的流程圖。
圖11是圖示移除之前和之后的變形點的示意圖。
圖12是圖示線段血管線(三個發(fā)散點)的連接的示意圖。
圖13是圖示線段血管線(四個發(fā)散點)的連接的示意圖。
圖14是圖示從特征點提取處理獲得的特征點的示意圖。
圖15是圖示血管圖案和偽血管圖案的示意圖。
圖16是關(guān)于線段相對于穿過該線段的端點的水平軸的角度的計算的示 意圖。
圖17是圖示血管圖案的角度分布的示意圖。
圖18是圖示偽血管圖案的角度分布的示意圖。
圖19是圖示類似直線的線段的長度的示意圖。
圖20是圖示區(qū)分指示器的分布的示意圖。
圖21是在o-C平面上圖示區(qū)分指示器的分布的示意圖。
圖22是圖示數(shù)據(jù)生成處理的過程的流程圖。
圖23是圖示根據(jù)本發(fā)明實施例的認證設(shè)備的配置的框圖。圖24是圖示區(qū)分處理(1)的過程的示意圖。 圖25是圖示區(qū)分處理(2)的過程的示意圖。
具體實施例方式
參考附圖詳細描述本發(fā)明的實施例。
(1) 根據(jù)本發(fā)明實施例的認證系統(tǒng)的總體配置
本實施例的認證系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)生成設(shè)備和認證設(shè)備。該數(shù)據(jù)生成設(shè)備生 成表示范圍的數(shù)據(jù)(在下文中，稱為血管圖案范圍數(shù)據(jù))基于該范圍來進行關(guān) 于該血管圖案的判定。該數(shù)據(jù)生成設(shè)備將該數(shù)據(jù)記錄在認證設(shè)備的內(nèi)部存儲 器中。
認證設(shè)備配有根據(jù)血管圖案范圍數(shù)據(jù)進行關(guān)于如下的判定的功能作為 拍攝對象的圖片的結(jié)果而獲得的圖像彰:據(jù)的圖案是否是偽血管圖案。
(2) 數(shù)據(jù)生成設(shè)備的配置
圖1示出數(shù)據(jù)生成設(shè)備的配置。數(shù)據(jù)生成設(shè)備1包含經(jīng)由總線15連接著 操作部分ll、圖像拾取部分12、閃存13以及與外部部分交換數(shù)據(jù)的接口(在 下文中，稱為外部接口) l4的控制部分10。
控制部分IO是微型計算機，該微型計算機包含CPU(中夬處理單元)，其 進行數(shù)據(jù)生成設(shè)備1的總體控制；ROM(只讀存儲器)，其存儲各種程序以及 設(shè)置信息；以及RAM(隨機存取存儲器)，其用作CPU的工作存儲器。
當用戶操作操作部分ll時，將命令血管圖案范圍數(shù)據(jù)的生成的圖像拾取 命令COM1或命令COM2從操作部分11供給控制部分10?；趫?zhí)行命令 C0M1和COM2，控制部分IO進行關(guān)于應(yīng)該啟動哪種模式的判定。控制部分 10通過使用對應(yīng)于該判定的程序，適當?shù)乜刂茍D像拾取部分12、閃存13以 及外部接口 14以圖像拾取模式或數(shù)據(jù)生成模式運行。 (2-1)圖像拾取模式
更具體地，如果該判定為應(yīng)該啟動圖像拾取模式，那么控制部分10進入 作為操作模式的圖像拾取模式來控制圖像拾取部分12。
在這種情況下，圖像拾取部分12的驅(qū)動控制部分12a驅(qū)動和控制朝著數(shù) 據(jù)生成設(shè)備l的預(yù)定位置發(fā)射近紅外光束的一個或多個近紅外光束源LS，以 及例如作為CCD(Charge Coupled Device,電荷耦合設(shè)備)的圖像拾取元件ID。
在近紅外光束發(fā)射至置于預(yù)定位置的對象之后，圖像拾取元件ID經(jīng)由光學系統(tǒng)OP和孔徑光闌DH從該對象接收近紅外光束，將其轉(zhuǎn)換為電信號， 并且將該電信號作為圖像信號Sl傳送至驅(qū)動控制部分12a。
如果對象是活體的手指，那么從近紅外光束源LS發(fā)射的近紅外光束進入 手指，并且經(jīng)手指內(nèi)部反射和散射之后，作為血管表示光束從手指處顯現(xiàn)以 進入圖像拾取元件ID:所述血管表示光束表示手指的血管。然后血管表示光 束作為圖像信號SI被傳送至驅(qū)動控制部分12a。
驅(qū)動控制部分12a根據(jù)圖像信號SI的像素值來調(diào)整光學系統(tǒng)OP的光學 鏡頭的位置，以使得聚焦該對象。驅(qū)動部分控制12a還調(diào)整孔徑光闌DH的 光圈，以使得進入圖像拾取元件ID的光量變得合適。在調(diào)整之后，將從圖像 拾取元件ID輸出的圖像信號S2提供至控制部分10。
控制部分10對圖像信號S2執(zhí)行預(yù)定的圖像處理以從圖像提取對象圖案 的特征，并且將提取的圖像作為圖像數(shù)據(jù)Dl存儲在閃存13中。
這樣，控制部分10可執(zhí)行圖像拾取^t式。
下面描述如何執(zhí)行圖像處理。如圖2中所示，根據(jù)功能的視點，可以將 圖像處理分為預(yù)處理部分21和特征點提取部分22。下面給出預(yù)處理部分21 和特征點提供部分22的詳細描述。順便地，為了便于說明，圖像拾取部分 12提供的圖像信號S2是作為拍攝活體的手指的圖片的結(jié)果而得到的那些圖 像信號。 (2-1-A)預(yù)處理
為了提取血管圖案，預(yù)處理部分21對圖像拾取部分12提供的圖像信號 S2順序地執(zhí)行A/D(模擬/數(shù)字)轉(zhuǎn)換處理、諸如Sobel濾波之類的預(yù)定輪廓提 取處理、諸如高斯濾波之類的預(yù)定平滑處理、二進制處理以及稀疏處理。
例如，假設(shè)將圖3(A)中所示的圖像(圖像信號S2)輸入至預(yù)處理部分21 中歸功于預(yù)處理部分21的預(yù)處理，該圖像被轉(zhuǎn)換為圖3(B)中所示的圖像， 同時圖像的血管圖像被加重。
預(yù)處理部分21將其圖像示出已提取的血管圖案的數(shù)據(jù)(在下文中稱為圖 像數(shù)據(jù))D21輸出至特征點提取部分22。
在本實施例中，圖像數(shù)據(jù)21的圖像中包含的血管線(血管圖案)經(jīng)二進制 處理轉(zhuǎn)換為白色像素；其寬度(或厚度)作為稀疏處理的結(jié)果被表示為"1"。如 果血管線寬為"1",那么線寬是一個像素。 (2-l-B)特征點提取處理
ii特征點提取部分22從構(gòu)成輸入圖像的血管圖案的白色像素(在下文中稱
為血管像素)檢測端點(end point)、發(fā)散點(diverging point)以及變形點(inflection
point)，并且參考端點和發(fā)散點來適當?shù)匾瞥冃吸c。
(B-l)端點和發(fā)散點的檢測
在第一階段的處理中，特征點提取部分22從血管線檢測端點和發(fā)散點。 更具體地，特征點提取部分22從構(gòu)成輸入圖像(圖像數(shù)據(jù)D21)的像素之
中以預(yù)定的次序辨別作為關(guān)注像素的血管像素，并且檢查該關(guān)注像素周圍的
八個像素以計數(shù)血管像素的數(shù)目。
這里，圖4示出血管線的端點、發(fā)散點和孤立點如何呈現(xiàn)的圖像。在圖
4中，為了便于說明，陰影區(qū)域表示關(guān)注像素；黑色區(qū)域表示血管像素(白色
像素)。從圖4中顯而易見，如果將血管線寬表示為一個像素，那么關(guān)注像素
與血管像素的數(shù)目之間的相關(guān)性是自判定的；對于發(fā)散圖案，其必須具有三
個或四個發(fā)散點。
因此，如果在關(guān)注像素周圍存在一個血管像素，那么特征點提取部分22 將該關(guān)注像素檢測為端點。另一方面，如果在關(guān)注像素周圍存在三個或四個 血管像素，那么特征點提取部分22將該關(guān)注像素檢測為發(fā)散點。相反，如果 在關(guān)注像素周圍不存在血管像素，那么特征點檢測部分22將該關(guān)注像素檢測 為孑瓜立點。
然后，特征點提取部分22從檢測到的端點、發(fā)散點和孤立點中將不構(gòu)成 血管線的孤立點移除。
這樣，在第一階段的處理中，特征點檢測部分22從血管線檢測端點和發(fā) 散點。
(B-2)變形點的檢測
然后，在第二階段的處理中，特征點提取部分22基于端點和發(fā)散點檢測 變形點。
更具體地，例如，如圖5中所示，特征點提取部分22將發(fā)散點DPI辨 別為起始點，并且將在該起始點之后出現(xiàn)的其它特征點(端點EP1和EP2，以 及發(fā)散點DP2)辨別為終點(terminal point);然后，其跟蹤從該起始點延伸至該 終點的血管線的線段(在下文中稱為線段血管線)。類似地，特征點提取部分 22將發(fā)散點DP2辨別為起始點，并且將在該起始點之后出現(xiàn)的其它特征點(端 點EP3和EP4)辨別為終點；然后，其跟蹤線段血管線。
12在圖5的示例中，起始點是發(fā)散點DP1和DP2，但是端點也可以是起始 點。順便提及，從圖5中顯而易見，在發(fā)散點之前或之后(或其兩側(cè))存在另一 發(fā)散點(或多個發(fā)散點)之時，無論端點為起始點或終點，其只能是起始點或者 終點之一。
圖6圖示跟蹤的具體方法。在圖6中，特征點檢測部分22通過執(zhí)行如下 的處理來順序地跟蹤從起始點至終點的線段血管線的血管像素，所述處理為 從當前關(guān)注像素(陰影像素)周圍的血管像素中排除先前的關(guān)注像素(填滿水平 線的像素)，并且從其之中選擇下一關(guān)注像素直到當前關(guān)注像素周圍的血管像 素包含終點為止。
由于線段血管線的 一 系列血管像素表示從一個發(fā)散點或端點延伸至下一 發(fā)散點或端點的血管線的線段，因此在其之間不存在發(fā)散點。這意味著關(guān)注 像素必須是線上的點或者變形點之一。順便提及，圖7示出線上的點和變形 點如何呈現(xiàn)的圖像。在圖7中，為了便于說明，如同圖4，陰影區(qū)域表示關(guān) 注像素；黑色區(qū)域表示血管像素(白色像素)。
例如，如圖8中所示的那樣，當在起始點和終點之間跟蹤的處理期間(斜 線類似柵格的圖像中陰影的那些)，如果包含當前關(guān)注像素的線性的一系列先 前關(guān)注像素以下一關(guān)注像素(或血管像素)結(jié)束，那么特征點提取部分22將當 前關(guān)注像素檢測為變形點(類似柵格圖案中的陰影像素)。
在抵達終點之后，特征點提取部分22將從線段血管線的起始點延伸至終 點的 一 系列特征點辨別為 一個組。
這樣，在第二階段的處理中，特征點檢測提取部分22通過使用作為參考 點的端點和發(fā)散點，檢測從一個發(fā)散點或端點延伸至下 一發(fā)散點或端點的每 個線段血管線的變形點。 (B-3)變形點的移除
然后，在第三階段的處理中，特征點提取部分22將從線段血管線的起始 點延伸至終點的一組特征點或一系列特征點辨別為一個處理單元(在下文中 ^爾為纟戔l殳血管才勾成點4亍,segment blood vessel constituting points row), 并且乂人 線段血管線中移除變形點。
將相同的移除處理應(yīng)用于所有的線段血管構(gòu)成點行；參考圖9，下面給 出關(guān)于被應(yīng)用于一個線段血管構(gòu)成點行的處理的詳細描述。在圖9中，方形 區(qū)域表示構(gòu)成原始血管線的像素(在下文中稱為原始血管像素)；陰影區(qū)域表示原始血管像素的端點或發(fā)散點。
在線段血管構(gòu)成點行上，存在從作為參考點所選擇的特征點(在下文中稱 為參考點)GPbs至移除候選點GPcd(GP』 GPed3)的原始血管像素；存在從參考
點GPbs延伸至移除候選點GPed的線段SG(SG] ~ SG3)。特征點提取部分22對 與原始血管像素交疊的線段SG的像素(在下文中稱為線段像素)的數(shù)目進行計
數(shù)，并且逐漸將移除候選點GPed移向終點，直到交疊像素的數(shù)目與存在于參 考點GPbs和移除候選點GPed之間的像素的數(shù)目的比率變得小于預(yù)定閾值為止
(稱為交疊比率閾值)。
在圖9中，線段SG,的所有線段像素均與存在于參考點GP&和相應(yīng)移除 候選點GPedl之間的原始血管像素(兩個像素)交疊，這意味著交疊比率為 "2/2"。此外，線段SG2的線段像素(七個像素)與存在于參考點GPbs和相應(yīng)
移除候選點GPed2之間的原始血管像素(七個像素)中的四個交疊，這意味著交
疊比率為"4/7"。此外，線段SG3的線段像素(九個像素)與存在于參考點GPbs
和相應(yīng)移除候選點GPcd3之間的原始血管像素(九個像素)中的兩個交疊，這意
味著交疊比率為"2/9"。
如果線段SG3的線段像素的交疊比率小于交疊比率闞值，那么特征點提
取部分22將作為緊接在移除候選點(特征點)GPed3之前的移除候選點GPw而 選擇的特征點與參考點GPbs之間的特征點GPcd!移除。因此，即使移除了特 征點GPedl，從參考點GPbs延伸至剩余特征點GPed2的線段SG2實質(zhì)上也可表
示原始血管線。
這里，如果交疊比率閾值太小，那么即使當線段SG3與從參考點GPbs延
伸至移除候選點GPed3的一系列原始血管像素(線段血管線)不相似時，也可以
移除特征點GPcdl。如果交疊比率閾值太大，那么可能將特征點GPcdl留下 (leave)。
因此，在本實施例中，特征點提取部分22根據(jù)線段的長度改變交疊比率
閾值。更具體地，假設(shè)參考點是GP; (J=l、 2........ M (M:整數(shù)))并且來自
參考點的第ct個移除候選點是GP+a。下面描述計算從參考點GP延伸至移除
候選點GPj+a的線段-GPj+a相對于原始血管像素的交疊比率的情況如果 先前線段GPj+(a.D -GPHa(其交疊比率緊接在當前線段之前而計算出)的長度大
于等于預(yù)定闊值(稱為線段長度闞值)，那么設(shè)置第一交疊比率閾值；如果其小
于線段長度閾值，那么設(shè)置比第一交疊比率闊值更大的第二交疊比率閾值。
14這容許待移除的變形點的適當選擇，以使得穿過線段血管線上的變形點 的線類似于線段血管線。
更具體地，變形點的移除處理從線段血管構(gòu)成點行的起始點開始；圖34 示出該處理的過程。這意味著特征點提取部分22選擇線段血管構(gòu)成點行的起 始點作為參考點，并且從參考點選擇第一特征點作為移除候選點(步驟SP1)。
然后，特征點提取部分22進行關(guān)于這是否是如下情況的判定(步驟SP32), 所述情況為其在開始變形點的移除處理之后第一次計算交疊比率的情況， 或者其進行關(guān)于先前線段GP;+(a-D -GPj化(其緊接在從當前參考點GP,延伸至移 除候選點GPj+a的線段GPj-GP^之前出現(xiàn))的長度是否小于線段長度閾值的判 定的情況。
如果其為第一次在開始變形點的移除處理之后計算交疊比率的情況，或
者先前線段GPj+(a—D -GPj+a的長度小于線段長度閾值的情況，那么特征點提取
部分22將第一交疊比率閣值設(shè)置為交疊比率閾值(步驟SP33)，計算從參考點
GPj延伸至移除候選點GPj+a的當前線段GPj -GP;+a相對于原始血管像素的交
疊比率(步驟SP34),并且進行關(guān)于該交疊比率是否大于等于第一交疊比率闊 值的判定(步驟SP35)。
然而，如果其為不是第一次在開始變形點的移除處理之后計算交疊比率 的情況，或者先前線段GP+(a.D -GP,+a的長度大于等于線段長度閾值的情況， 那么特征點提取部分22將第二交疊比率閾值設(shè)置為交疊比率閾值(步驟 SP36),計算從參考點GP』延伸至移除候選點GPj化的當前線段GPj -GPj化相 對于原始血管像素的交疊比率(步驟SP34)，并且進行關(guān)于該交疊比率是否大 于等于第二交疊比率閾值的判定(步驟SP35)。
這里，如果交疊比率大于等于交疊比率閾值，這意味著從參考點GPj延 伸至移除候選點GPj+a的當前線段GP-GPj+a與從參考點GP;延伸至移除候選 點GPj+a的原始血管線相似或者相同。
在這種情況下，特征點提取部分22進行關(guān)于當前移除候選點GPw是否 是線段血管構(gòu)成點行的終點的判定(步驟SP37);如果其不是終點，那么在返 回至上述處理(步驟SP32)之前，特征點提取部分22選擇比當前移除候選點 GP,+a更接近于終點的下一特征點作為新的移除候選點GP化(步驟SP38)。
然而，如果交疊比率小于等于交疊比率閾值，這意味著從參考點GPj延 伸至移除候選點GPI+a的當前線段GPj -GP;+a與從參考點GPt延伸至移除候逸點GPj+a的原始血管線完全不同。
在這種情況下，特征點提取部分22將作為緊接在當前一個之前的移除候
選點GPj+a而選擇的特征點和當前參考點(特征點)GP之間的所有特征點移除 (步驟SP39)。
然后，特征點提取部分22進行關(guān)于當前移除候選點GPj+a是否是線段血 管構(gòu)成點行的終點的判定(步驟SP40);如果其不是終點，那么在返回至上述 處理(步驟SP32)之前，特征點提取部分22選擇當前移除特征點GPj+a作為參 考點GPj，并且選擇比該參考點GP,更接近于終點的下一特征點作為新的移
除候選點GPj+a(步驟SP41)。
然而，如果特征點提取部分22的判定是當前移除候選點GP化為線段血 管構(gòu)成點行的終點(步驟SP37(Y)或步驟SP40(Y))，那么在結(jié)束變形點的移除 處理之前，特征點提取部分22將當前移除候選點(特征點)GPj+a和當前參考 點(特征點)GPj之間的所有特征點移除(步驟SP42)。
那樣，特征點提取部分22執(zhí)行變形點的移除處理。順便提及，圖11示 出在移除處理之前和之后的那些變形點。在圖11的情況下，用于移除處理的 線段長度閾值是5[mm];第一交疊比率閾值是0.5(50[%]);第二交疊比率閾值 是0.7(70[%])。此外，在圖11中，方形區(qū)域表示原始血管像素；圓形區(qū)域表 示構(gòu)成線段的像素；陰影區(qū)域表示原始血管像素的端點或變形點。
從圖11中顯而易見，上面的移除處理已適當?shù)匾瞥俗冃吸c；因此，穿 過線段血管線上的變形點的線與線^殳血管線相似。 (B-4)端點的移除
然后，在第四階段的處理中，特征點提取部分22在從血管線上的發(fā)散點 延伸的三個或四個線段血管線之中選擇如果其被組合則類似于直線的兩個線 段血管線，并且將其連接為一個線段血管線，由此將曾作為該兩個線段血管 線的端點的起始點或終點移除。順便提及，如上面參考圖4所述那樣，如果 血管(血管線)的寬度為一個像素，那么從發(fā)散點延伸的線段血管線的數(shù)目肯定 為三個或四個。
更具體地，例如，如圖12(A)中所示，々支設(shè)三個線段血管線PBLA、 PBLB 和PBLc從發(fā)散點GP(GPA1、 GPb,和GPd)延伸。特征點提取部分22計算每
對線段血管線pbla、pblb和pblc的交叉角eA-B、eA.c和eB.c的余弦(cos(eA-b)、
cos(6a-c)和cos(eB—c))。
16這里，如果最小的余弦COS(eA-B)小于預(yù)定的閾值(在下文中稱為余弦閾 值)，那么這意味著線段血管線的交叉角接近180度。在這種情況下，特征點 提取部分22辨別與余弦COS(0A-B)對應(yīng)的該對線段血管線的線段血管構(gòu)成點行
GPA1、 GPa2........ GPa.end和GPB1、 GPB2........ GPB.END;辨別這些線段血
管構(gòu)成點行的兩端；將還沒有彼此交疊的點GPa.end和GPe-end看作為起始點 和端點；并且將該起始點和端點之間的特征點辨別為一個組。
結(jié)果，組合了該對線段血管線PBLA和PBLB。例如，如圖12(B)中所示， 已組合的線段血管線PBLab的線段血管構(gòu)成點行GPAB-first........ GPab10、
GPabh、 GPab12........ GPAB-end的數(shù)目是小于未組合的該對線段血管線的線段
血管構(gòu)成點行的數(shù)目的一個。這是由于曾作為線段血管線的線段血管構(gòu)成點
行的起始點的兩個發(fā)散點GPA1和GPb2被一個中間點GPabu替換。順便提及， 組合該對線段血管線PBLa和PBLb并不改變血管線的形狀或者線段血管線 PBLab。
然而，如果最小的余弦COS(eA-B)大于該余弦闊值，那么特征點提取部分
22不辨別任何組。如果還留有其它發(fā)散點，那么特征點提取部分22將下一 發(fā)散點辨別為處理目標；如果沒有，那么特征點提取結(jié)束該處理。
另一方面，例如，如圖13(A)中所示，假設(shè)存在從發(fā)散點GP(GPA1、 GPB1、 GPC1和GPm)延伸的四個線段血管線PBLA、 PBLb、 PBLc和PBLd。特征點 提取部分22計算每對線段血管線PBLA、 PBLb、 PBLc和PBLd的交叉角eA-B、
0A-c、 0A-D、 0B-c、 0B隱D和eC-D的余弦(C0S(9A陽B)、 COS(0a.c)、 COS(9a.D)、 COS(0b.c)、 COS(0b-d)、 COS(ec—D))。
這里，如果最小的余弦COS(0B-D)小于第二余弦閾值，那么這意味著線段
血管線的交叉角接近180度。在這種情況下，特征點提取提取部分22辨別與
余弦cos(eB.D)對應(yīng)的該對線段血管線的線段血管構(gòu)成點行GPB1、 GPB2........
GPb.end和GPd,、 GPD2........ GPD.END;辨別這些線段血管構(gòu)成點行的兩端；
將還沒有彼此交疊的點GPB-END和GP^END看作為起始點和端點；并且將該起
始點和端點之間的特征點辨別為一個組。
結(jié)果，組合了該對線段血管線PBLB和PBLD。例如，如圖13(B)中所示， 已組合的線段血管線PBLBD的線段血管構(gòu)成點行GPBD—fil.st、... …、GPbdio、
GPBD)1、 GPBD12........ GPBD—end的數(shù)目是小于未組合的該對線段血管線的線段
血管構(gòu)成點行的數(shù)目的一個。這是由于曾經(jīng)作為線段血管線的線段血管構(gòu)成點行的起始點的兩個發(fā)散點GPm和GPo2被一個中間點GPbdh替換。順便提 及，組合一對線段血管線PBLb和PBLo并不改變血管線的形狀或者線段血管 線PBLBD。
在具有四個發(fā)散點的這種情況下，即使組合了該對線段血管線PBLb和 PBLd之后，也留有未組合的線段血管線PBLA和PBLc;如果剩余的該對線段
血管踐pbLa和pbLc的交叉角eA《的余弦值cos(eA-c)小于余弦閾值，例如，
如圖13(c)中所示，那么特征點提取部分22以與其對于線段血管線PBLb和 PBLd的線段血管構(gòu)成點行所進行的相同的方式，將線段血管線PBLA和PBLc
的線段血管構(gòu)成點行變換為線段血管構(gòu)成點行GPAC-first........GPACH)、 GPAC11、
GPAC12........ GPAC—end;并且移除曾為原始線段血管構(gòu)成點行的端點的起始
點GPa,和GPc,之一。
然而，如果最小的余弦cos(0A.b)大于該余弦閾值，那么特征點提取部分
22不辨別任何組。如果還留有其它發(fā)散點，那么特征點提取部分22將下一 發(fā)散點辨別為處理目標；如果沒有，那么特征點提取結(jié)束該處理。
順便提及，在圖12和13中，交疊點具有相同的位置(或坐標)信息。但是 由于每一個均屬于不同的組，因此為了便于說明將其區(qū)分。
這樣，在第四階段的處理中，特征點提取部分22辨別從血管線上的發(fā)散 點延伸的血管線；辨別交叉角的余弦小于第二余弦閾值的該對血管線；并且 將線段血管線的線段血管構(gòu)成點行組合為一個線段血管構(gòu)成點行，由此將曾 作為該對線段血管構(gòu)成點行的端點的起始點或者終點之一移除。
如上所述，特征點提取部分22檢測端點、發(fā)散點和變形點(第一和第二 階段)；并且通過基于端點和發(fā)散點的每個組，逐組(行線段血管線)地從這些 點之中提取血管線的特征點，以使得穿過特征點的線與血管線及直線兩者均 類似(第三和第四階段)。
例如，如果將圖3(B)中所示的圖像(圖像數(shù)據(jù)D21)輸入至特征點提取部 分22，那么如圖14中所示，特征點提取部分22的特征點提取處理從該圖像 提取特征點，以使得穿過特征點的線與血管線及直線兩者均類似。
特征點提取部分22將已提取的特征點的圖像的數(shù)據(jù)(圖像數(shù)據(jù)Dl)存儲 在閃存13中。 (2-2) 數(shù)據(jù)生成模式
另一方面，如果控制部分10的判定是應(yīng)該開始數(shù)據(jù)生成模式，那么控制
18部分IO進入作為操作模式的數(shù)據(jù)生成模式，并且進行關(guān)于在閃存13中是否
存儲著多個圖像數(shù)據(jù)集Dli(i二l、 2........ n)的判定。
如果在閃存13中存在多個圖像數(shù)據(jù)集Dli，那么控制部分10通過使用 這些圖像數(shù)據(jù)集D22i開始數(shù)據(jù)生成處理。
下面在數(shù)據(jù)生成處理的詳細描述之前，描述用于血管圖案和偽血管圖案 的區(qū)分指示器。在下面的示例中，偽血管圖案是作為拍攝橡皮糖(一種由凝膠、 糖以及稠麥芽糖漿制造的、類似橡膠的有彈性的點心)或蘿卜的圖片的結(jié)果而 得到的。
(2-2-A)用于血管圖案及偽血管圖案的區(qū)分指示器
圖15示出從活體的手指得到的血管圖案以及從橡皮糖和蘿卜得到的偽 血管圖案。如圖15中所示，血管圖案(圖1S(A))和偽血管圖案(圖15(B))總體 看上去像是相同的圖案。
這里，如圖16中所示，關(guān)注點聚焦于連接特征點的線段與穿過該線段的 端點的水平軸的角e。然后，以表示為頻度的線段的長度(構(gòu)成該線段的像素 的數(shù)目)來表示圖像的水平方向相對于連接圖案的特征點的線段的角的分布。 對于血管圖案(圖17)，在90度及其周圍觀察到密集度(concentration);對于從 橡皮糖得到的偽血管圖案(圖18(A))以及從蘿卜得到的偽血管圖案(圖18(B))， 其在0度和180度之間延展(spread),顯示缺少規(guī)律性。這是由于血管圖案不 延展但具有某種方向性(沿著手指的長度)。
此外，存在如下的趨勢與直線相似的血管圖案的線段(圖19(A))比從橡 皮糖得到的偽血管圖案(圖19(B))以及從蘿卜得到的偽血管圖案(圖19(C))更 長。因此，被上面的特征點提取處理辨別為組的線段(線段血管線)的數(shù)目小于 偽血管線圖案的數(shù)目。
因此，血管圖案及偽血管圖案的區(qū)分指示器可以是第一，角的分布的 延展；第二，在90度點以及其周圍的角度分布的強度(intensity);以及第三， 被辨別為組的線段的數(shù)目。
例如，可以由分布方差(或標準方差)表示角的分布的延展。這意味著如果
由1k(K二1、 2........ N(N:整數(shù)))表示連接特征點(從圖案提取的用于表示特
征的那些)的線段，由eK表示圖像的水平方向相對于該線段的角，并且由lk
表示該線段的長度，那么由于線段的長度lk被加權(quán)，因此線段1K的角0K的
平均分布可表示如下
19<formula>formula see original document page 20</formula>
而方差可以表示如下
<formula>formula see original document page 20</formula>(i)
<formula>formula see original document page 20</formula>(2)
此外，可以由90度點周圍的預(yù)定角度范圍內(nèi)存在的分布的大小與總分布 的大小的比率來表示該分布的強度。這意味著如果角度范圍是"下限(度)<0< 上限(度)"并且分布的大小是S，那么分布的強度可表示如下
<formula>formula see original document page 20</formula>
此外，被辨別為組的線段的數(shù)目是以上特征點提取處理之后分配的組的
數(shù)目，即，在特征點提取部分22的變形點檢測處理之后的剩余組的數(shù)目，其 中所述的變形點檢測處理是指辨別通過變形點從起始點延伸至終點的特征 點的行(線段血管構(gòu)成點行)以及將這些組(線段血管構(gòu)成點行)組合為一個組 以使得其類似于直線。
這里，圖20示出通過使用三種區(qū)分指示器，在血管圖案和從橡皮糖得到 的偽血管圖案之間區(qū)分的結(jié)果。在圖20中，淡繪圖點是從橡皮糖的偽血管圖 案得到的點；樣本數(shù)目為635。同時，深繪圖點是從血管圖案(其是從作為五 次拍攝手指的圖片的結(jié)果而生成的五個血管圖案中選擇的)得到的點所選擇 的血管圖案具有距淡繪圖點的分布中心最遠的Mahanobis距離，并且樣本的 數(shù)目為127。
此外，在圖20中，"RfG，，表示邊界(在下文中稱為偽血管邊界)，并且偽 血管圖案基于該邊界而定。具體地，其Mahanobis距離距淡繪圖點的分布中 心2.5。另一方面，"RfF"表示邊界(在下文中稱為血管邊界)，并且血管圖案 基于該邊界而定。具體地，其Mahanobis距離距深繪圖點的分布中心2.1。順便提及，繪圖點" ，，存在于偽血管邊界RfG或血管邊界Rfp的內(nèi)部，而繪圖
點并不存在于偽血管邊界RfG或血管邊界Rfp的內(nèi)部。
從圖20顯而易見，可以從偽血管圖案中充分地區(qū)分血管圖案；如圖21 中所示，只要涉及圖20的三維分布的5-C平面，就可以從偽血管圖案中完全 地區(qū)分血管圖案。順便提及，在圖20和21中，由標準方差表示角分布的延 展。
(2-2-B)數(shù)據(jù)生成處理的詳細描述
下面給出數(shù)據(jù)生成處理的詳細描述。根據(jù)圖22中所示的流程圖執(zhí)行該數(shù) 據(jù)生成處理。
即，控制部分IO從閃存13中讀取圖像數(shù)據(jù)集Dli的多個樣本，并且為 該圖像數(shù)據(jù)集Dli的每個血管圖案計算三個區(qū)分指示器(即，角分布的方差、 角分布的強度以及被辨別為組的線段的數(shù)目)(步驟SP1 ~ SP5的循環(huán))
此外，在每個樣本的血管圖案的區(qū)分指示器的計算之后(步驟SP5:是)， 控制部分10將分別以列和行表示的每個樣本的血管圖案和血管圖案的區(qū)分 指示器代入矩陣
。'p, c,
C72 p2 c2
，p" cn
p,, c.、
=(ct, p, c,)
(4)
其中，cj表示角分布的方差；P表示角分布的強度；C表示被辨別為組的線段 的數(shù)目(步驟SP6)。
然后，控制部分10根據(jù)區(qū)分指示器的矩陣，將每個樣本的區(qū)分指示器的 分布中心計算如下(步驟SP7):
rf=—
2>K 2X 2X
K=l K=
2附K(1) 2附J2) 2附K(3)
(5)
并且然后計算協(xié)方差矩陣的逆矩陣(步驟SP8)。順便提及，協(xié)方差矩陣表示每 個樣本的區(qū)分指示器的分布的延展度；其反數(shù)(inverse number)用于 Mahalanobis距離的計算。
然后，控制部分10通過使用區(qū)分指示器的分布中心(其已在步驟SP7計
21算出)、協(xié)方差矩陣的逆矩陣(其已在步驟SP8計算出)以及預(yù)定的血管邊界數(shù)
目(在圖20的情況下，其Mahalanobnis距離為2.1),生成血管圖案范圍數(shù)據(jù)(其 為表示應(yīng)進行血管圖案的判定的范圍的數(shù)據(jù))(步驟SP9);將該數(shù)據(jù)存儲在認 證設(shè)備的內(nèi)部存儲器中(步驟SP10);并且然后結(jié)束數(shù)據(jù)生成處理。
這樣，通過將如下的趨勢(tendency)用作用于血管圖案和偽血管圖案的區(qū) 分指示器，控制部分10生成表示應(yīng)進行血管圖案的判定的范圍的數(shù)據(jù)(區(qū)分 指示器的分布中心、協(xié)方差矩陣的逆矩陣以及血管邊界數(shù)目)所述趨勢是指 血管圖案不延展但具有某種方向性(沿著手指的長度)；以及對于血管圖案的所 有線段，類似于直線的那個線段比其它的線段更長。 (3)認證設(shè)備的配置
圖23圖示認證設(shè)備的配置。數(shù)據(jù)生成設(shè)備1包含經(jīng)由總線36將操作部 分31、圖像拾取部分32、閃存33、外部接口 34以及通知部分35連接至其 的控制部分30。
控制部分30是微型計算機，該微型計算機包含CPU,其進行驗證設(shè)備l 的總體控制；ROM，其存儲各種程序和設(shè)置信息；以及RAM，其用作CPU 的工作存儲器。順便提及，數(shù)據(jù)生成設(shè)備1生成的血管圖案范圍數(shù)據(jù)存儲在 ROM中。
當用戶搡作操作部分31時，從操作部分31向控制部分30供給執(zhí)行命令 COM10(其為登記登記目標用戶(在下文中稱為登記者)的血管)的模式(在下文 中稱為血管登記模式)或者執(zhí)行命令COM20 (其為進行關(guān)于一個人是否是登 記者的判斷)的模式(在下文中稱為認證才莫式)。
基于執(zhí)行命令COM10和COM20，控制部分30進行關(guān)于應(yīng)該啟動哪種 模式的判定。控制部分30通過使用對應(yīng)于該判定的程序，適當?shù)乜刂茍D像拾 取部分32、閃存33以及外部接口 34和通知部分35以在血管登記模式或認 證才莫式中運行。 (3-1)血管登記模式
更具體地，如果該判定為應(yīng)該啟動血管登記模式，那么控制部分30進入 作為操作模式的血管登記模式以控制圖像拾取部分32。
在這種情況下，以與數(shù)據(jù)生成設(shè)備1的圖像拾取部分12(圖l)的那些類似 的方式，圖像拾取部分32驅(qū)動并控制近紅外光束源LS及圖像拾取元件ID。 圖像拾取部分32還基于作為拍攝置于認證設(shè)備2的預(yù)定位置的對象的圖片的結(jié)果而由圖像拾取元件ID輸出的圖像信號S10a來調(diào)整光學系統(tǒng)OP的光學 鏡頭的位置以及孔徑光闌DH的光圈。在調(diào)整之后，圖像拾取部分32將輸出 自圖像拾取元件ID的圖像信號S20a提供至控制部分30。
控制部分30對圖像信號S20a順序地執(zhí)行與數(shù)據(jù)生成設(shè)備1的預(yù)處理部 分21及特征點提取部分22(圖2)的那些處理相同的預(yù)處理處理和特征點提取 處理，以便于從圖像提取對象圖案以及逐組(線段血管構(gòu)成點行)地提取經(jīng)由變 形點從起始點延伸至終點的 一 系列特征點。
然后，控制部分30基于存儲在ROM中的血管圖案范圍數(shù)據(jù)，執(zhí)行用于 將對象圖案區(qū)分為血管圖案或偽血管圖案的處理(在下文中稱為區(qū)分處理)；如 果其將對象圖案辨別為血管圖案，那么控制部分30將對象圖案的特征點存儲 在閃存33中，作為將用于辨別登記者的信息(在下文中稱為登記者辨別數(shù)據(jù)) DIS,,人而完成登記。
這樣，控制部分30執(zhí)行血管登記模式。 (3-2) 認證模式
另一方面，如果控制部分30的判定是應(yīng)該執(zhí)行認證模式，那么控制部分 30進入認證模式并且以當其執(zhí)行血管登記模式時相似的方式控制圖像拾取部 分32。
在這種情況下，圖像拾取部分32驅(qū)動和控制近紅外光束源LS以及圖像 拾取元件ID。圖像拾取部分32還基于圖像拾取元件ID輸出的圖像信號S10b 來調(diào)整光學系統(tǒng)OP的光學鏡頭的位置以及孔徑光闌DH的光圈。在調(diào)整之 后，圖像拾取部分32將輸出自圖像拾取元件ID的圖像信號S20b提供至控制 部分30。
控制部分30對圖像信號S20b順序地執(zhí)行與上述血管登記模式的那些處 理相同的預(yù)處理處理和特征點提取處理，并且從在其中已經(jīng)登記了數(shù)據(jù)DIS 的閃存33中讀取登記者識別數(shù)據(jù)DIS。
然后，控制部分30執(zhí)行與上述血管登記模式的區(qū)分處理相同的區(qū)分處 理；如果其將提取自圖像信號S20b的對象圖案區(qū)分為血管圖案，那么控制部 分30將作為經(jīng)由變形點從起始點延伸至終點的組的、提取自對象圖案的特征 點的每一個與讀取自閃存33的登記者識別數(shù)據(jù)DIS的特征點相比較，從而根 據(jù)一致度進行關(guān)于一個人是否是登記者(授權(quán)用戶)的判定。
這里，如果控制部分30的判定是其為登記者，那么控制部分30生成執(zhí)
23行命令COM30,以便于讓連接至外部接口 34的操作處理設(shè)備(未示出)執(zhí)行預(yù) 定操作。控制部分30經(jīng)由外部接口 34將該執(zhí)行命令COM30提供至操作處 理設(shè)備。
下面描述連接至外部接口 34的操作處理設(shè)備的應(yīng)用如果應(yīng)用鎖定的門 (locked door),那么從控制部分30傳送的執(zhí)行命令COM30將要解鎖該門；如 果應(yīng)用具有多個操作模式以及其當前模式是限制某些操作模式的使用的計算 機，那么從控制部分30傳送的執(zhí)行命令COM30將要解除(lift)限制。
順便提及，這兩個示例作為應(yīng)用而描述。但是可存在其它的應(yīng)用。此外， 在本實施例中，操作處理設(shè)備連接至外部接口 34。但是代替其，認證設(shè)備1 可包含操作處理設(shè)備的軟硬件。
然而，如果控制部分30的判定為其不是登記者，那么控制部分30在通 知部分35的顯示部分35a上顯示帶有那個意思的信息，并且通過通知部分35 的聲音輸出部分35b輸出聲音，視覺或聽覺地向用戶通知其不是登記者的事 實。
那樣，控制部分3 0執(zhí)行認證模式。 (3-3) 區(qū)分處理的詳細描述
下面給出控制部分30的區(qū)分處理的詳細描述。根據(jù)圖24中所示的流程 圖執(zhí)行該區(qū)分處理。
即，在已經(jīng)對血管登記模式或認證模式期間輸入的圖像信號S20a和S20b 順序地執(zhí)行預(yù)處理處理和特征點提取處理之后，控制部分30開始區(qū)分處理的 過程。在步驟SPll，控制部分30從提取自圖像信號20a或S20b的對象圖案 檢測角分布的方差、角分布的強度以及被辨別為組的線段的數(shù)目。
該檢測在被辨別為授權(quán)血管圖案的多個樣本圖案的區(qū)分指示器的三維空 間(圖20)中判定其對象是圖像捕獲的當前目標的對象圖案的位置。
然后，在步驟SP12，控制部分30基于存儲在ROM中的血管圖案范圍數(shù) 據(jù)(區(qū)分指示器的分布中心、協(xié)方差矩陣的逆矩陣以及血管邊界數(shù)目)，計算區(qū) 分指示器的三維分布中心與對象圖案的位置之間的Mahalanobis距離。
更具體地，Mahalanobis距離DCP計算如下
DCP = V(尸-C"7、C。v一1 ……(6)
其中，CT是區(qū)分指示器的分布中心；Cov-'是協(xié)方差矩陣的逆矩陣；P 是對象圖案的位置。計算結(jié)果表明作為圖像捕獲的當前目標的對象圖案存在
24于被辨別為授權(quán)血管圖案的多個樣本圖案的分布中的什么位置。
然后，在步驟SP13，控制部分30進行關(guān)于在步驟SP12計算出的 Mahalanobis距離是否小于存儲在ROM中的血管圖案范圍數(shù)據(jù)的血管邊界數(shù) 目的判定。
如圖20中所示，血管邊界數(shù)目表示邊界Rfp相對于區(qū)分指示器的分布中 心的值血管圖案的判定應(yīng)該基于邊界Rip進行。因此，如果Mahalanobis距 離大于血管邊界數(shù)目，那么由于其可以是偽血管圖案或是與該血管圖案完全 不相同的圖案，因此這意味著不應(yīng)該將該提取的對象圖案辨別為合適的血管 圖案。
在這種情況下，在結(jié)束區(qū)分處理之前，控制部分30進入步驟SP14,去 除提取自圖像信號S20a或S20b的對象圖案以及其特征點，并且通過通知部 分35(圖23)向用戶通知應(yīng)該再次拍攝圖片。
然而，如果Mahalanobis距離小于等于血管邊界數(shù)目，那么這意味著應(yīng)該 將提取的對象圖案辨別為合適的血管圖案。
在這種情況下，控制部分30進入步驟SP15,并且如果其運行在血管登 記模式中，那么其將作為組(線段血管構(gòu)成點行)所提取的、從對象圖案的起始 點通過變形點延伸至終點的特征點辨別為要登記的那些；如果其運行在認證 模式中，那么控制部分30將其辨別為將要與已作為登記者識別數(shù)據(jù)DIS所登 記的特征點相比較的那些?？刂撇糠?0順序地結(jié)束區(qū)分處理。
這樣，通過將如下的趨勢(tendency)用作用于血管圖案和偽血管圖案的區(qū) 分指示器，控制部分30生成血管圖案范圍數(shù)據(jù)(區(qū)分指示器的分布中心、協(xié) 方差矩陣的逆矩陣以及血管邊界數(shù)目)所述趨勢是指血管圖案不延展但具有 某種方向性(沿著手指的長度)；以及對于血管圖案的所有線段，與直線類似的 線段比其它線段更長?；谘軋D案范圍數(shù)據(jù)，控制部分30消除了偽血管圖 案等。
(4)操作和效果
通過上述的配置，對于從作為多個樣本(活體的手指)所輸入的圖像信號 Sl得到的每個血管圖案，認證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)生成處理設(shè)備1計算表示圖案的形 狀的形態(tài)值。
根據(jù)本實施例，通過將如下趨勢用作指示器，形態(tài)值被判定用于表示圖 案的形狀所述趨勢是指血管圖案不延展但具有某種方向性(沿著手指的長度)；以及與直線類似的線段比其它線段更長。
即，數(shù)據(jù)生成處理設(shè)備1計算如下值作為形狀值(圖22:步驟SP1至步驟 SP5):第一，延展度，具有用作頻度的線段的長度的加權(quán)分布(圖17)，作為 參考軸(正交于血液循環(huán)的方向)相對于連接血管圖案的特征點的線段的角度 分布(圖16);第二，存在于其中心等于血液循環(huán)的方向的角度(90度)的預(yù)定 角度范圍內(nèi)的分布的大小與總分布的大小的比率；第三，線段的數(shù)目(圖 19(A))。
然后，數(shù)據(jù)生成處理設(shè)備1計算那些形態(tài)值的三維分布的中心(圖20)、 表示遠離該中心的延展度的值(協(xié)方差矩陣)的反數(shù)以及將其存儲在認證設(shè)備 2的內(nèi)部存儲器中。
另一方面，認證系統(tǒng)的認證設(shè)備2為從作為將要登記或者與已登記的數(shù) 據(jù)相比較的那些而輸入的圖像信號S20a或S20b獲得的圖案計算上述三種形 態(tài)值。然后，認證設(shè)備2通過使用協(xié)方差矩陣的反數(shù)，計算由三維分布中的 所述三種形態(tài)值所識別的位置與存儲在內(nèi)部存儲器中的三維分布的中心(圖 20)之間的Mahalanobis距離。如果Mahalanobis距離大于預(yù)定的閾值(血管邊 界數(shù)目)(圖20: "Rff")，那么認證設(shè)備2去除該圖案(圖24)。
因此，對于從多個樣本獲得的血管圖案，認證系統(tǒng)辨別從將要登記或者 將要與已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些獲得的圖案存在于與表示血管圖案的特征 的三個指示器相對應(yīng)的三維分布(圖20)中的什么位置，以及辨別其是否存在 于從該分布的中心延伸至邊界(血管邊界數(shù)目)(圖20: "Rff")的范圍內(nèi)存在 于該范圍的內(nèi)部意味著其為活體圖案。
因此，即使從作為將要登記或者將要與已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些而輸 入的圖像信號S20a或S20b獲得的圖案是偽血管圖案(圖19(B)和(C)),與血管 圖案相比，認證系統(tǒng)也可假定(assume)偽血管圖案不是血管圖案。這增大了認 證系統(tǒng)在將其登記或比較之前消除偽血管圖案的可能性。
此外，數(shù)據(jù)生成設(shè)備1和認證設(shè)備2在提取血管圖案的特征點之后計算 所述形態(tài)值，以使得穿過這些特征點的線與血管圖案及直線兩者均類似。
因此，在強調(diào)(emphasize) 了具有與直線類似的線段較長的趨勢的血管圖 案的特征之后，認證系統(tǒng)計算表示圖案的形狀的形態(tài)值。這使得認證系統(tǒng)準 確地計算形態(tài)值。這增大了認證系統(tǒng)在假設(shè)其不是血管圖案之后消除偽血管 圖案的可能性。
26根據(jù)以上配置，對于從多個樣本獲得的血管圖案，認證系統(tǒng)辨別從將要 登記或者將要與已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些獲得的圖案存在于與表示血管圖 案的特征的三個指示器相對應(yīng)的三維分布中的什么位置，以及辨別其是否存
在于從該分布的中心延伸至邊界的范圍內(nèi)存在于該范圍的內(nèi)部意味著其為
活體圖案。這增大了認證系統(tǒng)在假設(shè)其不是血管圖案之后消除偽血管圖案的 可能性。因此，可以實現(xiàn)能夠改善認證的精度的認證系統(tǒng)。
(5)其它實施例
在上述實施例中，基于用于血管圖案的判定的、表示從多個樣本獲得的 血管圖案的分布的數(shù)據(jù)以及表示該分布的邊界的數(shù)據(jù)(閾值)來進行關(guān)于所輸 入的圖案是否是血管圖案的判定。然而，本發(fā)明不限于此，當進行關(guān)于所輸 入的圖案是否是血管圖案的判定時，也可以使用偽血管圖案的分布。
即，數(shù)據(jù)生成設(shè)備1的上述數(shù)據(jù)生成處理(圖22)在認證設(shè)備2的ROM中 存儲從活體樣本獲得的每個血管圖案的三個區(qū)分指示器的分布的中心、協(xié)方 差矩陣的逆矩陣以及血管邊界數(shù)目(在圖20的情況下，"RfF"或Mahalanobis 距離的"2.1")，作為血管圖案范圍數(shù)據(jù)。同時，對于從非活體樣本獲得的每 個偽血管圖案，上述數(shù)據(jù)生成處理(圖22)在認證設(shè)備2的ROM中存儲偽血 管圖案的三個區(qū)分指示器的分布的中心、協(xié)方差矩陣的逆矩陣以及偽血管邊 界數(shù)目(在圖20的情況下，"RfG"或Mahalanobis距離的"2.5")，作為偽血 管圖案范圍數(shù)據(jù)。
另一方面，如已由與圖24的對應(yīng)部分相同的符號指定其部分的圖25中 所示，基于血管圖案范圍數(shù)據(jù)，認證設(shè)備2計算在三個區(qū)分指示器的分布中 輸入的圖案(其對象是圖像捕獲的當前目標的對象圖案)的位置與該分布的中 心之間的Mahalanobis距離(在下文中，稱為活體分布相關(guān)距離)；同時，基于 偽血管圖案范圍數(shù)據(jù)，認證設(shè)備2計算Mahalanobis計算在三個區(qū)分指示器的 分布中輸入的圖案的位置與該分布的中心之間的Mahalanobis距離(在下文 中，稱為非活體分布相關(guān)距離)(步驟SP22)。
如果活體部分相關(guān)距離小于等于血管邊界數(shù)目，那么認證設(shè)備2進行關(guān) 于非活體分布相關(guān)距離是否小于等于偽血管圖案邊界數(shù)目的判定(步驟S23)。 如果非活體分布相關(guān)距離小于等于偽血管圖案邊界數(shù)目，那么這意味著例 如，如圖20的三維分布的S-P平面所示，輸入的圖案存在于應(yīng)將物體判定為 血管圖案的范圍與應(yīng)將物體判定為偽血管圖案的范圍相交疊的區(qū)域。
27因此，在這種情況下，即使當活體分布相關(guān)距離小于等于血管邊界數(shù)目 時，認證設(shè)備2也去除輸入圖案(其對象是圖像捕獲的當前目標的對象圖案)
等(步驟SP14)。
然而，如果活體相關(guān)距離小于等于血管邊界數(shù)目并且非活體相關(guān)距離大 于偽血管邊界數(shù)目，那么認證設(shè)備2將作為組(線段血管構(gòu)成點行)所提取的、 從對象圖案的起始點通過變形點延伸至終點的特征點辨別為要登記或比較的 那些(步驟SP15)。
這樣，當進行關(guān)于所輸入的圖案是否是血管圖案的判定時，也可以使用 偽血管圖案的分布。與上述實施例相比，這增大了認證系統(tǒng)在假設(shè)其不是血 管圖案之后消除偽血管圖案的可能性。
順便提及，在判定活體分布相關(guān)距離小于等于血管邊界數(shù)目之后，那么 認證設(shè)備2進行關(guān)于非活體分布相關(guān)距離是否小于等于偽血管邊界數(shù)目的判 定(步驟SP23)。然而，代替其，以下也是可能的例如，在這種情況下，進 行關(guān)于步驟SP22計算出的活體分布相關(guān)距離是否大于非活體分布相關(guān)距離 的判定。
此外，在上述實施例中，作為活體的圖案，應(yīng)用了血管的形態(tài)圖案(血管 圖案)。然而，本發(fā)明不限于此。如果基于所應(yīng)用的活體圖案使用了相應(yīng)的獲 取部件，那么可以應(yīng)用諸如指紋、聲紋、嘴紋或神經(jīng)的形態(tài)圖案之類的其它 東西。
順侵j是及，如杲所應(yīng)用的生命案(如同血管圖案或神經(jīng)圖案)具有其不 延展但具有某種方向性(沿著手指的長度)的趨勢，或者與直線類似的線段較長 的趨勢，那么可以將上述三個區(qū)分指示器用作表示該圖案的形狀的形態(tài)值。 然而，如果所應(yīng)用的圖案不是活體圖案但是具有那種特性，那么可能需要根 據(jù)所應(yīng)用的活體圖案的特性來改變形態(tài)值。
順便提及，在上述實施例中，如果所應(yīng)用的活體圖案具有以上特征，那 么將如下值用作三個區(qū)分指示器第一，延展度，具有用作頻度的線段的長 度的加權(quán)分布，作為參考軸相對于連接該圖案的特征點的線段的角度分布； 第二，存在于其中心等于與參考軸正交的方向的角度的預(yù)定角度范圍內(nèi)的分 布的大小與該分布的總的角度范圍的大小的比率；第三，線段的數(shù)目。然而， 本發(fā)明不限于此?？梢詢H使用該區(qū)分指示器中的兩個，或者可以向所述三個 區(qū)分指示器添加另一新的區(qū)分指示器(諸如，對于角分布的所有峰值，用于關(guān)于最大的三個峰值是否包含90度點的判定的那個)。簡言之，只要存在兩個 或更多個區(qū)分指示器，那么將可以將其用作表示圖案的形狀的值。
進一步，在上述實施例中，存儲在認證設(shè)備2的ROM中的血管圖案范 圍數(shù)據(jù)包含從活體樣本獲得的每個血管圖案的三個區(qū)分指示器的分布的中 心、協(xié)方差矩陣的逆矩陣以及血管邊界數(shù)目(在圖20的情況下，"RfF、"或 Mahalanobis距離的"2.1")。然而，本發(fā)明不限于此。可以提前在認證設(shè)備 2中設(shè)置血管邊界數(shù)目；只要在Mahalanobis距離的計算期間計算協(xié)方差矩陣 的反數(shù)(圖25:步驟SP12)，那么其可以僅包含三個區(qū)分指示器的分布的中心 以及協(xié)方差矩陣。
此外，在上述實施例中，應(yīng)用了預(yù)處理部分21和特征點提取部分22, 作為從活體的圖案提取特征點以使得連接這些特征點的線類似于活體的圖案 及直線的提取部件。然而，本發(fā)明不限于此。如果必要，可以改變預(yù)處理部 分21以及特征點提取部分22的處理。
例如，預(yù)處理部分21以如下的次序執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換處理、輪廓提取處理、 濾波處理、二進制處理以及稀疏處理?？商娲?，可以省略或替換一些處理， 或者可以向該系列的處理添加另一處理。順便提及，如果必要，可以改變所 述處理的次序。
此外，可以由點提取處理(稱為Harris角)或熟知的點提取處理(諸如，日 本專利公開號2006-207033中公開的一種(

))來替換特征點提取 部分22的處理。
此外，在上述實施例中，應(yīng)用了包含圖像捕獲功能、驗證功能以及登記 功能的認證設(shè)備2。然而，本發(fā)明不限于此，根據(jù)用途等，各種應(yīng)用都是可 能的可以在不同的設(shè)備中實施那些功能。
產(chǎn)業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明可應(yīng)用于生物認證領(lǐng)域。
29
權(quán)利要求
1.一種圖案識別方法，包括第一步驟，為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案計算表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值；第二步驟，計算該兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離其中心的延展度的值；第三步驟，通過使用該值，計算從將要登記或?qū)⒁c已登記的數(shù)據(jù)相比較的那些中獲得的圖案的該兩個或更多個形態(tài)值和該兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的距離；以及第四步驟，如果該距離大于預(yù)定閾值，則去除該圖案。
2. 如權(quán)利要求1所述的圖案識別方法，其中該兩個或更多個形態(tài)值包含如下值中的至少兩個延展度，具有用作頻度的線段的長度的加權(quán)分布，作為參考軸相對 于連接該圖案的特征點的線段的角度分布；存在于其中心等于與參考軸正交的方向的角度的預(yù)定角度范圍內(nèi)的 分布的大小與該分布的總的角度范圍的大小的比率；線段的數(shù)目。
3. 如權(quán)利要求2所述的圖案識別方法，進一步包括提取步驟，用于從多個活體圖案獲得的活體圖案提取特征點，以使得連 接這些特征點的線與該活體圖案以及直線相似。
4. 如權(quán)利要求1所述的圖案識別方法，其中第 一步驟為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案計算表示該圖案的形狀 的兩個或更多個形態(tài)值，并且也為從多個非活體樣本獲得的每個非活體圖案 計算該兩個或更多個形態(tài)值；第二步驟，對于每個活體圖案，計算該兩個或更多個形態(tài)值的分布的中 心以及表示遠離該中心的延展度的值，并且對于每個非活體圖案，同樣計算 該兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值；第三步驟，通過使用表示遠離該中心的延展度的值，計算該圖案的兩個 或更多個形態(tài)值與每個活體圖案的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的 第一距離，并且還計算該圖案的兩個或更多個形態(tài)值與每個非活體圖案的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的第二距離；以及第四步驟在第二距離處于用于非活體圖案的判定的第二閾值內(nèi)時，即使 第一距離大于用于活體圖案的判定的第一閾值以及第一距離處于第一閾值 內(nèi)，仍然去除該圖案。
5. 如權(quán)利要求i所述的圖案識別方法，其中 活體圖案是血管的形態(tài)圖案。
6. —種登記設(shè)備，包括存儲部件，用于為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案 的形狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的 值；計算部件，用于通過使用所述值，計算從將要登記的那些獲得的圖案的兩個或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中 心之間的距離；以及登記部件，用于如果所述距離大于預(yù)定的閾值，那么去除該圖案，而如 果所述距離在該閾值之內(nèi)，那么將該圖案登記在存儲介質(zhì)中。
7. 如權(quán)利要求6所述的登記設(shè)備，其中 該兩個或更多個形態(tài)值包含如下值中的至少兩個延展度，具有用作頻度的線段的長度的加權(quán)分布，作為參考軸相對于連接該圖案的特征點的線段的角度分布；存在于其中心等于與參考軸正交的方向的角度的預(yù)定角度范圍內(nèi)的分布的大小與該分布的總的角度范圍的大小的比率； 線革殳的凄t目。
8. 如權(quán)利要求6所述的登記設(shè)備，進一步包括提取部件，用于從圖案提取特征點，以使得連接這些特征點的線與該圖 案以及直線相似，其中登記部件將提取部件提取的圖案的特征點登記在存儲介質(zhì)中。
9. 如權(quán)利要求6所述的登記設(shè)備，其中存儲部件，為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案的形 狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值， 并且還為從多個非活體樣本獲得的每個非活體圖案存儲兩個或更多個形態(tài)值 的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值；計算部件，通過使用表示遠離該中心的延展度的值，計算該圖案的兩個或更多個形態(tài)值與每個活體圖案的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的 第一距離，并且還計算該圖案的兩個或更多個形態(tài)值與每個非活體圖案的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的第二距離；以及登記部件，當?shù)诙嚯x處于用于非活體圖案的判定的第二閾值內(nèi)時，即 使第一距離大于用于活體圖案的判定的第一閾值以及第一距離處于第一閾值 內(nèi)，仍然去除該圖案。
10. 如權(quán)利要求6所述的登記設(shè)備，其中 活體圖案是血管的形態(tài)圖案。
11. 一種驗證設(shè)備，包括存儲部件，為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案的形 狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值；計算部件，用于通過使用所述值，計算從將要登記的那些獲得的圖案的 兩個或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中 心之間的距離；以及驗證部件，用于如果所述距離大于預(yù)定的閾值，那么去除該圖案，而如 果所述距離在該閾值之內(nèi)，那么將該圖案與登記在存儲介質(zhì)中的登記數(shù)據(jù)相 比較。
12. 如權(quán)利要求11所述的驗證設(shè)備，其中該兩個或更多個形態(tài)值包含如下值中的至少兩個延展度，具有用作頻度的線段的長度的加權(quán)分布，作為參考軸相對于連接該圖案的特征點的線段的角度分布；存在于其中心等于與參考軸正交的方向的角度的預(yù)定角度范圍內(nèi)的分布的大小與該分布的總的角度范圍的大小的比率； 線^殳的數(shù)目。
13. 如權(quán)利要求11所述的驗證設(shè)備，進一步包括提取部件，用于從圖案提取特征點，以使得連接這些特征點的線與該圖 案以及直線相似，其中驗證部件將提取部件提取的圖案的特征點與已登記的數(shù)據(jù)相比較。
14. 如權(quán)利要求6所述的驗證設(shè)備，其中存儲部件，為從多個活體樣本獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值， 并且還為從多個非活體樣本獲得的每個非活體圖案存儲兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值；計算部件，通過使用表示遠離該中心的延展度的值，計算該圖案的兩個或更多個形態(tài)值與每個活體圖案的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的 第一距離，并且還計算該圖案的兩個或更多個形態(tài)值與每個非活體圖案的兩 個或更多個形態(tài)值的分布的中心之間的第二距離；以及驗證部件，當?shù)诙嚯x處于用于非活體圖案的判定的第二閾值內(nèi)時，即 使第一距離大于用于活體圖案的判定的第一閾值以及第一距離處于第一閾值 內(nèi)，仍然去除該圖案。
15. 如權(quán)利要求11所述的驗證設(shè)備，其中 活體圖案是血管的形態(tài)圖案。
16. —種促使計算機執(zhí)行如下處理的程序，該計算機為從多個活體樣本 獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心以及表示遠離該中心的延展度的值第一處理，通過使用所述值，計算從將要登記的那些獲得的圖案的兩個 或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之 間的距離；以及第二處理，如果所述距離大于預(yù)定的閾值，那么去除該圖案，而如果所 述距離在該閾值之內(nèi)，那么將該圖案登記在存儲介質(zhì)中。
17. —種促^f吏計算機執(zhí)行如下處理的程序，該計算機為從多個活體樣本 獲得的每個活體圖案存儲表示該圖案的形狀的兩個或更多個形態(tài)值的分布的 中心以及表示遠離該中心的延展度的值第一處理，通過使用所述值，計算從將要登記的那些獲得的圖案的兩個 或更多個形態(tài)值與存儲在存儲部件中的兩個或更多個形態(tài)值的分布的中心之 間的距離；以及第二處理，如果所述距離大于預(yù)定的閾值，那么去除該圖案，而如果所 述距離在該閾值之內(nèi)，那么將該圖案與登記在存儲介質(zhì)中的已登記數(shù)據(jù)相比較。
全文摘要
目的是提供可以改善其認證精度的圖案識別設(shè)備等。圖案識別方法執(zhí)行計算指示關(guān)于從多個活體樣本獲得的每個活體圖案的圖案形狀的多于兩種形狀的值，計算該多于兩種形狀的值的分布的中心以及指示遠離該中心的程度的值；通過利用指示遠離該中心的程度的值，計算從登記對象或與登記數(shù)據(jù)相比較的比較對象獲得的多于兩種形狀的值和該多于兩種形狀的值的分布的中心之間的距離；以及在該距離大于預(yù)定閾值的情況下丟棄該圖案。
文檔編號G06T7/00GK101529470SQ200780039019
公開日2009年9月9日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月19日
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