JP2004280221A

JP2004280221A - Iris code generation method, personal authentication method, iris code registration device, and personal authentication device

Info

Publication number: JP2004280221A
Application number: JP2003067606A
Authority: JP
Inventors: Takeo Azuma; 健夫吾妻; Kenji Kondo; 堅司近藤; Masahiro Wakamori; 正浩若森
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP3598109B2

Abstract

【課題】個人認証において、眼の画像を撮影するカメラの性能に起因した本人拒否の発生を、低減する。
【解決手段】第１のステップＳ１において、眼を撮影した原画像に対し、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行い（３１）、処理後の画像から虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する（３２）。そして、検出された虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を基にして、原画像から虹彩領域を切り出し（ステップＳ２）、特徴量を抽出して虹彩コードを生成する（ステップＳ３）。
【選択図】図４An object of the present invention is to reduce the occurrence of personal rejection due to the performance of a camera that captures an eye image in personal authentication.
In a first step S1, band limiting processing for limiting a frequency band is performed on an original image of an eye (31), and the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil are detected from the processed image (31). 32). Then, based on the detected positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil, an iris region is cut out from the original image (step S2), and a feature amount is extracted to generate an iris code (step S3).
[Selection diagram] Fig. 4

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体情報の１つである虹彩の情報を用いて、個人認証を行う技術に属する。
【０００２】
【従来の技術】
個人認証を行う方式として、虹彩、指紋、顔等の生体（バイオメトリクス）情報を用いるものが種々提案されている。その中で近年、虹彩画像を用いた個人認証技術が、重要施設への入退室管理、銀行等のＡＴＭ（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＴｅｌｌｅｒＭａｃｈｉｎｅ）、ＰＣログイン用途などに利用され始めている。
【０００３】
虹彩画像を用いる個人認証方式としては、例えば特許文献１に示されたものがある。特許文献１では、次のようなステップで虹彩コードを生成する。
１）近赤外ＬＥＤなどを用いて虹彩を照明し、虹彩画像を取得
２）取得した画像から、瞳孔外縁（瞳孔虹彩間の境界）と虹彩外縁（虹彩と強膜（白目）の境界）を検出し、虹彩領域を抽出
３）虹彩領域の画像を、極座標画像に変換
４）半径方向をリング状に８分割し、解析領域を決定
５）極座標画像に対して、マルチスケールの２−ｄＧａｂｏｒ変換を適用
６）Ｇａｂｏｒ変換後データの実部と虚部をそれぞれ２値化して虹彩コードを生成
【０００４】
そして登録時には、被登録者について、上述のステップによって虹彩コードを生成し、これを登録データベースに登録する。また認証時には、被認証者について、上述のステップによって虹彩コードを生成し、登録データベースに格納された虹彩コードとの比較（排他的論理和演算）を行い、虹彩コード間の差異（ハミング距離）の大きさに基づいて、登録者と同一であるか否かを判断する。
【０００５】
【特許文献１】
特表平８−５０４９７９号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年、携帯電話やＰＤＡ等のモバイル端末が急速に普及しており、今後は、これらのモバイル端末を用いた認証（モバイル認証）の普及が予想される。
【０００７】
モバイル端末の場合、コストやサイズの制約から、搭載されるカメラは比較的低性能（低Ｓ／Ｎ）のものとなる。このとき、上述した従来の方式では、画像のノイズの影響によって、瞳孔外縁や虹彩外縁の位置を精度良く検出することができないおそれがある。瞳孔外縁や虹彩外縁の位置検出に誤差が生じると、虹彩コードが実際とは大きく異なるものになってしまい、したがって、たとえ同一人であっても、認証時と登録時の虹彩コードの差異が大きくなってしまう可能性がある。
【０００８】
この結果、この差異が所定のしきい値を超えた場合は、本人が本人として認証されない、いわゆる本人拒否（ＦＲ：ＦａｌｓｅＲｅｊｅｃｔｉｏｎ）が生じる。すなわち、カメラの性能に起因して、本人拒否の発生が増加するという問題がある。ただし、瞳孔外縁や虹彩外縁の位置検出に誤差が生じたとしても、偶然他人の虹彩パタンに近くなる可能性は極めて低く、したがって、他人を本人として誤って受け入れる、いわゆる他人受理（ＦＡ：ＦａｌｓｅＡｃｃｅｐｔａｎｃｅ）が増加するということはまずありえない。
【０００９】
前記の問題に鑑み、本発明は、個人認証において、眼の画像を撮影するカメラの性能に起因した本人拒否の発生を、抑制することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、眼を撮影した原画像に対し、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行い、処理後の画像から、虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する。そして、検出された虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を基にして、原画像から虹彩領域を切り出し、特徴量を抽出して虹彩コードを生成する。これにより、虹彩外縁および瞳孔外縁の位置は、帯域制限処理によってＳ／Ｎが改善された画像から検出されるので、検出精度が大幅に向上する。このため、虹彩領域の切り出しが安定化し、精度の高い虹彩コードを生成することができるので、カメラの性能に起因した本人拒否の発生が未然に抑制される。また逆に、本発明によって、Ｓ／Ｎは低いが安価なカメラを利用することができる。
【００１１】
また、本発明では、虹彩外縁の位置検出と瞳孔外縁の位置検出とにおいて、特性の異なる帯域制限処理をそれぞれ行う。これにより、瞳孔外縁および虹彩外縁の位置検出の精度を、さらに向上させることができる。
【００１２】
具体的には本発明は、眼を撮影した原画像から虹彩コードを生成する方法として、前記原画像に対し、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行い、処理後の画像から虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する第１のステップと、前記第１のステップにおいて検出された虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を基にして、前記原画像から虹彩領域を切り出す第２のステップと、前記第２のステップにおいて切り出された虹彩領域の画像から特徴量を抽出し、この特徴量を基にして前記虹彩コードを生成する第３のステップとを備えたものである。
【００１３】
そして、前記虹彩コード生成方法における第１のステップは、前記原画像に対し、第１の帯域制限処理を行い、処理後の画像から虹彩外縁の位置を検出するステップと、前記原画像に対し、前記第１の帯域制限処理と特性が異なる第２の帯域制限処理を行い、処理後の画像から瞳孔外縁の位置を検出するステップとを有するのが好ましい。
【００１４】
また、前記虹彩コード生成方法における第３のステップは、虹彩領域の画像を極座標画像に変換するステップと、前記極座標画像に対し、Ｇａｂｏｒ変換を行うステップとを備え、Ｇａｂｏｒ変換後のデータから虹彩コードを生成するのが好ましい。
【００１５】
また、前記虹彩コード生成方法における帯域制限処理は、ローパスフィルタを用いて行うのが好ましい。または、バンドパスフィルタを用いて行うのが好ましい。
【００１６】
また本発明は、虹彩画像を用いた個人認証方法として、登録時において、眼を撮影した原画像から虹彩コードを生成し、生成された虹彩コードをデータベースに登録し、認証時において、眼を撮影した原画像から虹彩コードを生成し、生成された虹彩コードを前記データベースに登録された虹彩コードと比較して認証を行うものであり、登録時および認証時の少なくともいずれか一方において、虹彩コードの生成を、前記虹彩コード生成方法によって行うものである。
【００１７】
また本発明は、虹彩コード登録装置として、眼を撮影した原画像から虹彩コードを生成するコード生成部と、前記コード生成部によって生成された虹彩コードをデータベースに登録する登録部とを備え、前記コード生成部は、前記虹彩コード生成方法を実行可能に構成されているものである。
【００１８】
そして、前記虹彩コード登録装置におけるコード生成部は、前記原画像に対し、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行う帯域制限部と、前記帯域制限部から出力された画像から虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する外縁検出部と、前記外縁検出部によって検出された虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を基にして、前記原画像から虹彩領域を切り出す虹彩領域切り出し部とを備えているのが好ましい。
【００１９】
また本発明は、個人認証装置として、眼を撮影した原画像から虹彩コードを生成するコード生成部と、前記コード生成部によって生成された虹彩コードを登録されている虹彩コードと比較して認証を行う認証部とを備え、前記コード生成部は、前記虹彩コード生成方法を実行可能に構成されているものである。
【００２０】
そして、前記個人認証装置におけるコード生成部は、前記原画像に対し、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行う帯域制限部と、前記帯域制限部から出力された画像から虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する外縁検出部と、前記外縁検出部によって検出された虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を基にして、前記原画像から虹彩領域を切り出す虹彩領域切り出し部とを備えているのが好ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００２２】
図１は本発明の一実施形態における認証システムの全体構成を示す図である。図１において、虹彩認証サーバ１１は複数登録者の虹彩画像の特徴データを格納する虹彩データベース１２を持っており、インターネット、専用線、公衆回線などのネットワーク網１３に接続されている。また、虹彩登録装置１４と虹彩認証装置１５も同様にネットワーク網１３に接続されている。虹彩登録装置１４は、登録時に生成した虹彩コードを虹彩データベース１２に向けて送信する。虹彩認証装置１５は、認証時に生成した虹彩コードと、虹彩データベース１２から取得した登録時の虹彩コードとを比較することによって個人認証を行う。
【００２３】
なお、虹彩認証サーバ１１は、利用する地域毎や機関毎に複数設置されていたり、負荷を分散するためのミラーサーバを含めて複数台あってもよい。また、虹彩データベース１２は、ネットワーク網を介して虹彩認証サーバ１１に接続されていてもよい。また、虹彩登録装置１４の機能は、個人認証サーバ１１に内蔵されていてもよいし、虹彩認証装置１５が登録と認証の双方の機能を有していてもよい。
【００２４】
図２は本実施形態における虹彩認証装置１５の一例としての認証機能付携帯電話の外観を示す図である。図２の認証機能付携帯電話２０は、携帯電話に、虹彩画像撮影用のカメラ２１と虹彩撮影用の照明２２とが付加されたものである。カメラ２１および照明２２以外には、モニタ２３、操作ボタン２４、スピーカ２５、マイク２６およびアンテナ２７等を備えている。照明２２は１個または数個の近赤外ＬＥＤによって構成されている。カメラ２１には可視光カットフィルタがセットされており、近赤外成分のみを受光する。モニタ２３には、撮影中の虹彩画像や認証結果が表示される。
【００２５】
被認証者は、図２の認証機能付携帯電話２０を持ち、虹彩画像を撮影する。撮影の際には、被認証者は、眼から所定距離の位置（カメラ２１が単焦点の場合には例えば２０ｃｍ程度前）に認証機能付携帯電話２０を持ち、カメラ２１が捉えた虹彩画像がモニタ２３に表示される様子を確認しながら、虹彩全域が視野内に含まれ、ピントが合うように位置合わせを行った後、操作ボタン２４のうちの１個に割り当てられた撮影ボタンを押下する。
【００２６】
認証機能付携帯電話２０は、撮影した画像から虹彩コードを生成する。そして、生成した虹彩コードと予め虹彩データベース１２に登録されている虹彩コードとを比較し、照合スコア（ハミング距離）を用いて認証を行う。ハミング距離が所定の閾値以下であるときは本人として受け入れ、そうでないときは他人として拒否する。そして最終的な認証結果を、モニタ２３に表示する。なお、撮影した画像をネットワーク網１３を介して虹彩認証サーバ１１に送信し、サーバ１１で虹彩コードの生成と認証処理を行ってもよい。この場合、認証結果は再びネットワーク網１３を介して認証機能付携帯電話２０に送信され、モニタ２３に表示される。
【００２７】
図３は本実施形態に係る個人認証方法を概念的に示す図である。図３に示すように、登録時には、被登録者の眼の画像を撮影して虹彩登録装置１４に入力し（ステップＳＡ１）、この画像から虹彩コードを生成し（ステップＳＡ２）、生成した虹彩コードを虹彩データベース１２に登録する（ステップＳＡ３）。一方、認証時には、被認証者の眼の画像を撮影して虹彩認証装置１５に入力し（ステップＳＢ１）、この画像から虹彩コードを生成し（ステップＳＢ２）、生成した虹彩コードを、すでに虹彩データベース１２に登録されている被登録者の虹彩コードと比較して、同一人か否かの認証を行う（ステップＳＢ３）。
【００２８】
本実施形態では、登録時の虹彩コード生成ステップＳＡ２、および認証時の虹彩コード生成ステップＳＢ２において、虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する際に、元の原画像に対し、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行い、位置検出の精度を向上させる。本発明に係る虹彩コード登録装置は、ステップＳＡ２に対応するコード生成部と、ステップＳＡ３に対応する登録部とを備えたものであり、本発明に係る個人認証装置は、ステップＳＢ２に対応するコード生成部と、ステップＳＢ３に対応する認証部とを備えたものである。
【００２９】
図４は本実施形態に係る虹彩コード生成ステップＳＡ２，ＳＢ２における処理を示す図である。図４は本実施形態に係る虹彩コード生成方法を表しており、また、虹彩コード生成を行うブロックの機能的な構成を示している。ブロック３１が帯域制限部に相当し、ブロック３２が外縁検出部に相当し、ブロック３３が虹彩領域切り出し部に相当する。
【００３０】
まず、第１のステップＳ１において、撮影した原画像に対して、周波数帯域を制限する帯域制限処理を行い（３１）、帯域制限処理を施した後の画像から、虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を検出する（３２）。図５は虹彩外縁Ｅ１および瞳孔外縁Ｅ２の位置を概念的に示している。ここでの帯域制限には、ローパスフィルター（ＬＰＦ）やバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いればよい。またＬＰＦやＢＰＦの特性は、本人拒否率が小さくなるように定めればよい。本実施形態では、（数１）に示すＧａｕｓｓｉａｎフィルタを用いるものとする。
【数１】

【００３１】
ランダムなノイズは、空間周波数の分布が一様である。これに対して、瞳孔外縁や虹彩外縁の輝度信号の空間周波数分布は、特定の帯域に偏在している。このため、適切な帯域制限処理を行うことによって、画像のＳ／Ｎを改善することができ、したがって、瞳孔外縁や虹彩外縁の切り出しを安定して行うことができる。
【００３２】
次に、第２のステップＳ２において、ブロック３２によって検出された虹彩外縁および瞳孔外縁の位置を基にして、帯域制限されていない原画像から虹彩領域を切り出す（３３）。そして、第３のステップＳ３において、ブロック３３によって切り出された虹彩領域の画像を極座標画像に変換（３４）した後、Ｇａｂｏｒ変換によって特徴抽出を行い（３５）、認証用の特徴量である虹彩データとして虹彩コードを生成する（３６）。第２および第３のステップＳ２，Ｓ３は、上述の特許文献１に示された方法と同様に実行すればよい。
【００３３】
ここで、帯域制限をしていない原画像から虹彩コードを生成するのは、虹彩領域の画像に含まれる虹彩パタンの周波数帯域（Ｇａｂｏｒ変換によって抽出される帯域）が、制限されないようにするためである。
【００３４】
図６および図７は本実施形態による性能評価結果の一例を示す図である。図６および図７では、３５２枚の登録画像と１４０８枚の認証画像について、（数１）のＧａｕｓｓｉａｎフィルタのパラメータσを様々な値に設定したときの本人拒否率（ＦＲＲ）を示している。フィルタパラメータσは帯域制限処理のカットオフ周波数（波長）に対応している。σ＝０のときが、帯域制限が行われない場合に相当する。
【００３５】
図６および図７を見ると分かるように、σ＝０．５のとき、ＦＲＲの値は最も小さくなり、帯域制限をしない場合と比較して０．８％低減されている。ＦＲＲが１％近く低減されることは、認証性能の改善において大きな意味がある。本明細書では特に言及しないが、ＦＲＲを低減する方法には他にも様々のものがあり、これらの方法と本実施形態とを組み合わせることによって、ＦＲＲをより一層低減することが可能である。
【００３６】
なお、ＦＲＲの値は、画像入力の条件（カメラシステムのＳ／Ｎ、解像度、照明条件等）によって大きく変わる。本実施形態による帯域制限は、カメラシステムのＳ／Ｎが低い場合に特に有効である。
【００３７】
（変形例）
また、原画像に対して、虹彩外縁を検出するための第１の帯域制限処理と、瞳孔外縁を検出するための第２の帯域制限処理とを、個別に行うようにしても良い。図８は本変形例に係る虹彩コード生成ステップＳＡ２，ＳＢ２における処理を示す図である。図８は図４と同様に機能ブロック図の形式で表されており、虹彩コード生成を行うブロックの機能的な構成を示している。図８において、図４と共通のブロックについては図４と同一の符号を付しており、ここではその詳細な説明を省略する。ブロック４１ａ，４１ｂが帯域制限部に相当し、ブロック４２ａ，４２ｂが外縁検出部に相当する。
【００３８】
図９は近赤外光を照射して撮影した眼の画像の、点ＡＢ間すなわち強膜、虹彩および瞳孔における輝度分布を模式的に表した図である。図９から分かるように、近赤外画像では、虹彩外縁Ｅ１の輪郭は、瞳孔外縁Ｅ２と比べてあまりはっきりと現れない。このことは、虹彩外縁Ｅ１と瞳孔外縁Ｅ２とでは、輝度の空間周波数特性が異なっていることを示している。すなわち、虹彩外縁Ｅ１よりも瞳孔外縁Ｅ２の方がよりコントラストが強く、空間周波数成分として高域信号をより多く含む。このため、原画像に対する帯域制限を、虹彩外縁検出用と瞳孔外縁検出用とで個別に行うことによって、虹彩領域の切り出しをより適切に行うことができる。
【００３９】
図８において、まず第１のステップＳ１において、撮影した原画像に対して第１の帯域制限処理を行い（４１ａ）帯域制限処理を施した後の画像から虹彩外縁の位置を検出する（４２ａ）。またこれとは別個に、原画像に対して、第１の帯域制限処理と特性が異なる第２の帯域制限処理を行い（４１ｂ）、帯域制限処理を施した後の画像から瞳孔外縁の位置を検出する（４２ｂ）。上述したように、ランダムなノイズは、空間周波数の分布が一様であるのに対し、瞳孔外縁や虹彩外縁の輝度信号の空間周波数分布は特定の帯域に偏在している。しかも、瞳孔外縁と虹彩外縁とで輝度信号の空間周波数分布は異なるため、本変形例のように個別に適切な帯域制限を行うことによって、瞳孔外縁および虹彩外縁の切り出しをより一層安定して行うことができる。ここでの帯域制限には、ローパスフィルター（ＬＰＦ）やバンドパスフィルタ（ＢＰＦ）を用いればよい。またＬＰＦやＢＰＦの特性は、本人拒否率が小さくなるように選べばよい。さらに、ＬＰＦやＢＰＦの特性は、原画像中の虹彩の直径に応じて変化させてもよい。
【００４０】
以上のように本実施形態によると、眼の原画像に対して帯域制限をかけることによって画像のＳ／Ｎを改善し、帯域制限によってＳ／Ｎが改善された画像から虹彩外縁と瞳孔外縁の位置を検出する。そして、検出された虹彩外縁と瞳孔外縁の位置を用いて、原画像から虹彩領域を切り出し、虹彩コードを生成する。これにより、瞳孔外縁および虹彩外縁の位置検出の精度が向上するので、虹彩領域を安定して切り出すことでき、虹彩コードを精度良く生成することができる。このため、たとえ安価でＳ／Ｎの低いカメラで撮影した画像であっても、本人拒否が抑制された個人認証を行うことができる。
【００４１】
なお、本実施形態では、登録時と認証時の両方で、本実施形態に係る方法によって虹彩コードを生成する例について説明したが、登録時と認証時のうちいずれか一方において、本実施形態に係る虹彩コード生成を行ってもかまわない。
【００４２】
例えば、登録時は高性能（高Ｓ／Ｎ）のカメラを用いて、従来の例えば特許文献１の方法によって虹彩コードを生成し、認証時は、本実施形態の方法によって虹彩コードを生成してもよい。これにより、認証時に安価でＳ／Ｎの低いカメラを利用しても、安定した虹彩コードを生成することができる。
【００４３】
また、帯域制限処理は通常、処理に時間がかかり、また実現するためのハードやソフトの規模も大きくなる。このため、登録時は、本実施形態の方法によって虹彩コードを生成し、認証時は、処理時間を短縮し、認証装置を安価にするために、従来の例えば特許文献１の方法によって虹彩コードを生成してもよい。
【００４４】
なお、本実施形態では、虹彩領域の切り出し以降の処理は、特許文献１と同様に行うものとしたが、本発明に係る虹彩コード生成方法は、これに限られるものではなく、他の虹彩コード化手法と組み合わせてもかまわない。
【００４５】
【発明の効果】
以上のように本発明によると、虹彩外縁および瞳孔外縁の位置は、帯域制限処理によってＳ／Ｎが改善された画像から検出されるので、検出精度が大幅に向上し、これにより、虹彩領域の切り出しが安定化し、精度の高い虹彩コードを生成することができる。また、安価なカメラを利用した場合であっても、本人拒否の発生を未然に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における認証システムの全体構成図である。
【図２】本発明の一実施形態における虹彩認証装置の一例である認証機能付携帯電話の外観図である。
【図３】虹彩画像を用いた個人認証方法を概念的に示す図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る虹彩コード生成方法を示す図である。
【図５】虹彩外縁および瞳孔外縁を概念的に示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による性能評価結果の一例を示す図である。
【図７】図６の評価結果におけるフィルタパラメータと本人拒否率との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の一実施形態の変形例に係る虹彩コード生成方法を示す図である。
【図９】眼の画像における輝度変化を模式的に示す図である。
【符号の説明】
Ｅ１虹彩外縁
Ｅ２瞳孔外縁
Ｓ１第１のステップ
Ｓ２第２のステップ
Ｓ３第３のステップ
ＳＡ２コード生成部
ＳＡ３登録部
ＳＢ２コード生成部
ＳＢ３認証部
３１帯域制限処理（帯域制限部）
３２外縁検出部
３３虹彩領域切り出し部
４１ａ第１の帯域制限処理（帯域制限部）
４１ｂ第２の帯域制限処理（帯域制限部）
４２ａ，４２ｂ外縁検出部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technology for performing personal authentication using information on an iris, which is one of biological information.
[0002]
[Prior art]
As a method for performing personal authentication, various methods using biometrics information such as an iris, a fingerprint, and a face have been proposed. In recent years, personal authentication technology using iris images has recently been used for entry / exit management to important facilities, ATM (Automated Teller Machine) of banks, etc., and PC login applications.
[0003]
As a personal authentication method using an iris image, for example, there is a method disclosed in Patent Document 1. In Patent Document 1, an iris code is generated by the following steps.
1) The iris is illuminated using a near-infrared LED or the like, and an iris image is acquired. Detect the iris area and extract the iris area 3) Convert the image of the iris area into a polar coordinate image 4) Divide the radial direction into eight rings and determine the analysis area 5) Multi-scale 2-d Gabor for the polar coordinate image Apply transform 6) Generate iris code by binarizing real and imaginary parts of Gabor transformed data
Then, at the time of registration, an iris code is generated for the registrant by the above-described steps and registered in the registration database. At the time of authentication, an iris code is generated for the person to be authenticated by the above-described steps, compared with the iris code stored in the registration database (exclusive OR operation), and the difference (Humming distance) between the iris codes is calculated. Based on the size, it is determined whether or not it is the same as the registrant.
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Unexamined Patent Publication No. Hei 8-504979
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, mobile terminals such as mobile phones and PDAs have rapidly become widespread, and it is expected that authentication (mobile authentication) using these mobile terminals will spread in the future.
[0007]
In the case of a mobile terminal, the mounted camera has a relatively low performance (low S / N) due to cost and size restrictions. At this time, in the above-described conventional method, the position of the outer edge of the pupil or the outer edge of the iris may not be detected with high accuracy due to the influence of image noise. If an error occurs in the position detection of the outer edge of the pupil or the outer edge of the iris, the iris code becomes significantly different from the actual one, and therefore, even if the same person, the difference between the iris code at the time of authentication and the time of registration is large. There is a possibility of becoming.
[0008]
As a result, when the difference exceeds a predetermined threshold, a so-called rejection (FR: False Rejection) occurs in which the person is not authenticated as the person. That is, there is a problem that the rejection of the person increases due to the performance of the camera. However, even if an error occurs in the position detection of the outer edge of the pupil or the outer edge of the iris, the possibility of accidentally approaching the iris pattern of another person is extremely low. Therefore, false acceptance (FA: False Acceptance) of accepting another person as a person is false. ) Is unlikely to increase.
[0009]
In view of the above problem, an object of the present invention is to suppress the occurrence of personal rejection due to the performance of a camera that captures an image of an eye in personal authentication.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, the present invention performs band limiting processing for limiting a frequency band on an original image of an eye, and detects positions of an outer edge of an iris and an outer edge of a pupil from the processed image. Then, based on the detected positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil, an iris region is cut out from the original image, and a feature amount is extracted to generate an iris code. As a result, the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil are detected from the image whose S / N has been improved by the band limiting process, so that the detection accuracy is greatly improved. For this reason, the cutout of the iris region is stabilized, and a highly accurate iris code can be generated, so that the occurrence of personal rejection due to the performance of the camera is suppressed. Conversely, according to the present invention, an inexpensive camera having a low S / N ratio can be used.
[0011]
Further, in the present invention, in the position detection of the outer edge of the iris and the position detection of the outer edge of the pupil, band limiting processes having different characteristics are performed. Thereby, the accuracy of position detection of the pupil outer edge and the iris outer edge can be further improved.
[0012]
Specifically, the present invention provides a method of generating an iris code from an original image obtained by photographing an eye, performing band-limiting processing for limiting a frequency band on the original image, and performing iris outer rim and pupil outer rim from the processed image. A second step of extracting an iris region from the original image based on the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil detected in the first step; and Extracting a feature amount from the image of the iris region cut out in the step, and generating the iris code based on the feature amount.
[0013]
Then, the first step in the iris code generation method includes performing a first band limiting process on the original image, detecting a position of an outer edge of the iris from the processed image, Preferably, the method further comprises a step of performing a second band limiting process having characteristics different from the first band limiting process, and detecting a position of a pupil outer edge from the processed image.
[0014]
The third step in the iris code generation method includes a step of converting an image of the iris region into a polar coordinate image, and a step of performing Gabor conversion on the polar coordinate image. It is preferred to produce
[0015]
Preferably, the band limiting process in the iris code generation method is performed using a low-pass filter. Alternatively, it is preferable to use a band-pass filter.
[0016]
In addition, the present invention provides an individual authentication method using an iris image, in which, at the time of registration, an iris code is generated from an original image of an eye, and the generated iris code is registered in a database. An iris code is generated from the original image thus obtained, and the generated iris code is compared with the iris code registered in the database to perform authentication.At least one of registration and authentication is performed. The generation is performed by the iris code generation method.
[0017]
The present invention also includes, as an iris code registration device, a code generation unit that generates an iris code from an original image of an eye, and a registration unit that registers the iris code generated by the code generation unit in a database. The code generator is configured to execute the iris code generation method.
[0018]
The code generation unit in the iris code registration device includes a band limiting unit that performs a band limiting process for limiting a frequency band on the original image, and an iris outer edge and a pupil outer edge from the image output from the band limiting unit. It is preferable to include an outer edge detecting unit for detecting a position, and an iris region extracting unit for extracting an iris region from the original image based on the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil detected by the outer edge detecting unit.
[0019]
Further, according to the present invention, as a personal authentication device, a code generation unit that generates an iris code from an original image of an eye, and compares the iris code generated by the code generation unit with a registered iris code to perform authentication. An authentication unit for performing the method, wherein the code generation unit is configured to be able to execute the iris code generation method.
[0020]
The code generation unit in the personal authentication device performs a band limiting process for limiting a frequency band on the original image, and a position of an iris outer edge and a pupil outer edge from the image output from the band limiting unit. Is preferably provided, and an iris region cutout unit that cuts out an iris region from the original image based on the positions of the iris outer edge and the pupil outer edge detected by the outer edge detection unit.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of an authentication system according to an embodiment of the present invention. In FIG. 1, an iris authentication server 11 has an iris database 12 for storing feature data of iris images of a plurality of registrants, and is connected to a network 13 such as the Internet, a dedicated line, or a public line. In addition, the iris registration device 14 and the iris authentication device 15 are similarly connected to the network 13. The iris registration device 14 transmits the iris code generated at the time of registration to the iris database 12. The iris authentication device 15 performs personal authentication by comparing the iris code generated at the time of authentication with the iris code at the time of registration acquired from the iris database 12.
[0023]
Note that a plurality of iris authentication servers 11 may be provided for each region or institution used, or a plurality of servers including a mirror server for distributing the load. The iris database 12 may be connected to the iris authentication server 11 via a network. The function of the iris registration device 14 may be built in the personal authentication server 11, or the iris authentication device 15 may have both registration and authentication functions.
[0024]
FIG. 2 is a diagram illustrating the appearance of a mobile phone with an authentication function as an example of the iris authentication device 15 in the present embodiment. The mobile phone 20 with an authentication function shown in FIG. 2 is obtained by adding a camera 21 for capturing an iris image and a lighting 22 for capturing an iris to the mobile phone. In addition to the camera 21 and the lighting 22, a monitor 23, operation buttons 24, a speaker 25, a microphone 26, an antenna 27, and the like are provided. The illumination 22 is constituted by one or several near-infrared LEDs. A visible light cut filter is set in the camera 21 and receives only a near-infrared component. The monitor 23 displays an iris image being captured and an authentication result.
[0025]
The person to be authenticated holds the mobile phone 20 with the authentication function shown in FIG. 2 and captures an iris image. At the time of photographing, the person to be authenticated holds the mobile phone 20 with the authentication function at a position at a predetermined distance from the eye (for example, about 20 cm before the camera 21 has a single focus), and the iris image captured by the camera 21 is After confirming the state displayed on the monitor 23, the entire area of the iris is included in the field of view and the camera is positioned so as to be in focus. Then, the photographing button assigned to one of the operation buttons 24 is pressed. .
[0026]
The mobile phone with authentication function 20 generates an iris code from the captured image. Then, the generated iris code is compared with an iris code registered in the iris database 12 in advance, and authentication is performed using a collation score (Hamming distance). If the hamming distance is equal to or less than a predetermined threshold, the person is accepted as the person, otherwise, the person is rejected. Then, the final authentication result is displayed on the monitor 23. The captured image may be transmitted to the iris authentication server 11 via the network 13, and the server 11 may generate an iris code and perform authentication processing. In this case, the authentication result is again transmitted to the mobile phone with authentication function 20 via the network 13 and displayed on the monitor 23.
[0027]
FIG. 3 is a diagram conceptually showing the personal authentication method according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, at the time of registration, an image of the eye of the registrant is taken and input to the iris registration device 14 (step SA1), an iris code is generated from this image (step SA2), and the generated iris code is generated. Is registered in the iris database 12 (step SA3). On the other hand, at the time of authentication, an image of the eye of the person to be authenticated is captured and input to the iris authentication device 15 (step SB1), an iris code is generated from this image (step SB2), and the generated iris code is already stored in the iris database. Then, it is compared with the iris code of the registrant registered in No. 12 to authenticate whether or not they are the same person (step SB3).
[0028]
In the present embodiment, in detecting the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil in the iris code generation step SA2 at the time of registration and the iris code generation step SB2 at the time of authentication, the frequency band is limited with respect to the original original image. A band limiting process is performed to improve the accuracy of position detection. The iris code registration device according to the present invention includes a code generation unit corresponding to step SA2 and a registration unit corresponding to step SA3, and the personal authentication device according to the present invention includes a code corresponding to step SB2. It has a generation unit and an authentication unit corresponding to step SB3.
[0029]
FIG. 4 is a diagram showing processing in the iris code generation steps SA2 and SB2 according to the present embodiment. FIG. 4 illustrates an iris code generation method according to the present embodiment, and illustrates a functional configuration of a block that generates an iris code. The block 31 corresponds to a band limiting unit, the block 32 corresponds to an outer edge detection unit, and the block 33 corresponds to an iris region cutout unit.
[0030]
First, in a first step S1, band limiting processing for limiting a frequency band is performed on a captured original image (31), and the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil are determined from the image after the band limiting processing. Detect (32). FIG. 5 conceptually shows the positions of the iris outer edge E1 and the pupil outer edge E2. For the band limitation, a low-pass filter (LPF) or a band-pass filter (BPF) may be used. Further, the characteristics of the LPF and the BPF may be determined so that the false rejection rate is reduced. In this embodiment, it is assumed that the Gaussian filter shown in (Equation 1) is used.
(Equation 1)

[0031]
Random noise has a uniform spatial frequency distribution. On the other hand, the spatial frequency distribution of the luminance signal at the outer edge of the pupil or the outer edge of the iris is unevenly distributed in a specific band. Therefore, by performing the appropriate band limiting process, the S / N of the image can be improved, and therefore, the outer edge of the pupil and the outer edge of the iris can be stably cut out.
[0032]
Next, in a second step S2, an iris area is cut out from the original image that is not band-limited based on the positions of the iris outer edge and the pupil outer edge detected by the block 32 (33). Then, in a third step S3, after converting the image of the iris region cut out by the block 33 into a polar coordinate image (34), feature extraction is performed by Gabor conversion (35), and the iris data which is a feature amount for authentication is obtained. To generate an iris code (36). The second and third steps S2 and S3 may be performed in the same manner as in the method disclosed in Patent Document 1 described above.
[0033]
Here, the reason that the iris code is generated from the original image that is not band-limited is to prevent the frequency band (band extracted by Gabor transform) of the iris pattern included in the image of the iris region from being restricted. is there.
[0034]
6 and 7 are diagrams illustrating an example of a performance evaluation result according to the present embodiment. FIGS. 6 and 7 show the personal rejection rate (FRR) when the parameter σ of the Gaussian filter of (Expression 1) is set to various values for 352 registered images and 1408 authentication images. The filter parameter σ corresponds to the cutoff frequency (wavelength) of the band limiting process. The case where σ = 0 corresponds to the case where the band limitation is not performed.
[0035]
As can be seen from FIGS. 6 and 7, when σ = 0.5, the value of FRR becomes the smallest and is reduced by 0.8% as compared with the case without band limitation. The fact that the FRR is reduced by nearly 1% has a great significance in improving authentication performance. Although not specifically mentioned in the present specification, there are various other methods for reducing the FRR, and the FRR can be further reduced by combining these methods with the present embodiment.
[0036]
Note that the value of FRR greatly changes depending on image input conditions (S / N of the camera system, resolution, lighting conditions, etc.). The band limitation according to the present embodiment is particularly effective when the S / N of the camera system is low.
[0037]
(Modification)
Also, the first band limiting process for detecting the outer edge of the iris and the second band limiting process for detecting the outer edge of the pupil may be individually performed on the original image. FIG. 8 is a diagram showing processing in the iris code generation steps SA2 and SB2 according to the present modification. FIG. 8 is shown in the form of a functional block diagram similarly to FIG. 4, and shows a functional configuration of a block for generating an iris code. 8, the same reference numerals as in FIG. 4 denote the same blocks as in FIG. 4, and a detailed description thereof will be omitted. The

blocks

41a and 41b correspond to a band limiting unit, and the

blocks

42a and 42b correspond to an outer edge detecting unit.
[0038]
FIG. 9 is a diagram schematically illustrating a luminance distribution between the points AB, that is, in the sclera, the iris, and the pupil of the image of the eye captured by irradiating near-infrared light. As can be seen from FIG. 9, in the near-infrared image, the contour of the iris outer edge E1 does not appear so clearly as compared with the pupil outer edge E2. This indicates that the iris outer edge E1 and the pupil outer edge E2 have different spatial frequency characteristics of luminance. That is, the pupil outer edge E2 has higher contrast than the iris outer edge E1, and contains more high frequency signals as spatial frequency components. For this reason, it is possible to more appropriately cut out the iris region by separately performing the band limitation on the original image for the iris outer edge detection and the pupil outer edge detection.
[0039]
In FIG. 8, first, in a first step S1, a first band limiting process is performed on the captured original image (41a), and the position of the outer edge of the iris is detected from the image subjected to the band limiting process (42a). . Separately from this, a second band limiting process having characteristics different from the first band limiting process is performed on the original image (41b), and the position of the pupil outer edge is determined from the image after the band limiting process is performed. Detect (42b). As described above, the random noise has a uniform spatial frequency distribution, whereas the spatial frequency distribution of the luminance signal at the outer edge of the pupil or the outer edge of the iris is unevenly distributed in a specific band. In addition, since the spatial frequency distribution of the luminance signal is different between the outer edge of the pupil and the outer edge of the iris, by appropriately performing band limitation individually as in the present modification, the outer edge of the pupil and the outer edge of the iris are more stably cut out. be able to. For the band limitation, a low-pass filter (LPF) or a band-pass filter (BPF) may be used. The characteristics of the LPF and the BPF may be selected so as to reduce the false rejection rate. Further, the characteristics of the LPF and the BPF may be changed according to the diameter of the iris in the original image.
[0040]
As described above, according to the present embodiment, the original image of the eye is band-limited to improve the S / N of the image, and from the image in which the S / N is improved by the band limitation, the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil are improved. Detect the position. Then, the iris region is cut out from the original image using the detected positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil, and an iris code is generated. This improves the accuracy of detecting the positions of the pupil outer edge and the iris outer edge, so that the iris region can be stably cut out and the iris code can be generated with high accuracy. For this reason, even if the image is taken with a low-cost, low-S / N camera, personal authentication in which refusal of the person is suppressed can be performed.
[0041]
In the present embodiment, an example has been described in which the iris code is generated by the method according to the present embodiment at both the time of registration and the time of authentication. Such iris code generation may be performed.
[0042]
For example, at the time of registration, an iris code is generated using a high-performance (high S / N) camera by the conventional method of, for example, Patent Document 1, and at the time of authentication, the iris code is generated by the method of the present embodiment. Is also good. As a result, a stable iris code can be generated even when an inexpensive and low S / N camera is used during authentication.
[0043]
In addition, the band limiting process usually takes a long time to be performed, and the scale of hardware and software to be realized increases. For this reason, at the time of registration, the iris code is generated by the method of the present embodiment. At the time of authentication, the iris code is generated by the conventional method of, for example, Patent Document 1 in order to shorten the processing time and reduce the cost of the authentication device. May be generated.
[0044]
In the present embodiment, the processing after the extraction of the iris area is performed in the same manner as in Patent Document 1. However, the iris code generation method according to the present invention is not limited to this. It may be combined with the conversion method.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil are detected from the image in which the S / N is improved by the band limiting process, so that the detection accuracy is greatly improved. The extraction is stabilized, and a highly accurate iris code can be generated. Further, even when an inexpensive camera is used, it is possible to suppress the occurrence of refusal of the individual.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an authentication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an external view of a mobile phone with an authentication function, which is an example of an iris authentication device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram conceptually showing a personal authentication method using an iris image.
FIG. 4 is a diagram illustrating an iris code generation method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a diagram conceptually showing an outer edge of an iris and an outer edge of a pupil.
FIG. 6 is a diagram showing an example of a performance evaluation result according to an embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a graph showing a relationship between a filter parameter and an individual rejection rate in the evaluation result of FIG. 6;
FIG. 8 is a diagram showing an iris code generation method according to a modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a diagram schematically showing a luminance change in an eye image.
[Explanation of symbols]
E1 Iris outer edge E2 Pupil outer edge S1 First step S2 Second step S3 Third step SA2 Code generation unit SA3 Registration unit SB2 Code generation unit SB3 Authentication unit 31 Band limitation processing (band limitation unit)
32 outer edge detection unit 33 iris region cutout unit 41a first band limitation processing (band limitation unit)
41b Second band limiting process (band limiting unit)
42a, 42b Outer edge detector

Claims

A method for generating an iris code from an original image of an eye,
A first step of performing a band limiting process on the original image to limit a frequency band, and detecting a position of an iris outer edge and a pupil outer edge from the processed image;
A second step of cutting out an iris region from the original image based on the positions of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil detected in the first step;
A third step of extracting a feature amount from the image of the iris region cut out in the second step, and generating the iris code based on the feature amount. Generation method.

In claim 1,
The first step is
Performing a first band limiting process on the original image, and detecting a position of an outer edge of the iris from the processed image;
Performing a second band-limiting process having a characteristic different from that of the first band-limiting process on the original image, and detecting a position of a pupil outer edge from the processed image. Generation method.

In claim 1,
The third step is
Converting the image of the iris region into a polar coordinate image;
Performing a Gabor transform on the polar coordinate image,
An iris coding method for generating an iris code from data after Gabor conversion.

In claim 1,
The iris coding method according to claim 1, wherein the band limiting process is performed using a low-pass filter.

In claim 1,
The iris coding method according to claim 1, wherein the band limiting process is performed using a band pass filter.

A personal authentication method using an iris image,
At the time of registration,
Generate an iris code from the original image of the eye,
Register the generated iris code in the database,
At the time of authentication,
Generate an iris code from the original image of the eye,
The generated iris code is compared with the iris code registered in the database to perform authentication,
2. An individual authentication method, wherein an iris code is generated by the iris code generation method according to claim 1 during at least one of registration and authentication.

A code generation unit that generates an iris code from an original image of an eye,
A registration unit for registering the iris code generated by the code generation unit in a database,
An iris code registration device, wherein the code generation unit is configured to execute the iris code generation method according to claim 1.

In claim 7,
The code generator includes:
For the original image, a band limiting unit that performs band limiting processing to limit a frequency band,
From the image output from the band limiting unit, an outer edge detection unit that detects the position of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil,
An iris code registration device, comprising: an iris region cutout unit that cuts out an iris region from the original image based on the positions of the iris outer edge and the pupil outer edge detected by the outer edge detection unit.

A code generation unit that generates an iris code from an original image of an eye,
An authentication unit that performs authentication by comparing the iris code generated by the code generation unit with a registered iris code,
2. The personal authentication device according to claim 1, wherein the code generation unit is configured to execute the iris code generation method according to claim 1.

In claim 9,
The code generator includes:
For the original image, a band limiting unit that performs band limiting processing to limit a frequency band,
From the image output from the band limiting unit, an outer edge detection unit that detects the position of the outer edge of the iris and the outer edge of the pupil,
An individual authentication device, comprising: an iris region cutout unit that cuts out an iris region from the original image based on the positions of the iris outer edge and the pupil outer edge detected by the outer edge detection unit.