表面提取方法、表面提取设备及程序 【技术领域】
本发明涉及表面提取方法、表面提取设备及程序，它们适合应用于例如生物认证。
背景技术
生物认证指的是使用人的活体标识目标来识别人的方法。手指的血管是一个活体标识目标。
例如，已经提出一种通过组合不同指尖表面的图像来生成三维图像并使用该三维图像作为标识目标的认证装置(例如，参见专利文件1)。
专利文件1：日本未实审专利申请公布No.2002-175529
同时，存在一种称为视体交集方法(从轮廓恢复形状的方法)的方法，作为一种生成对象的三维体的方法。在视体交集方法中，根据从多个视点(viewpoint)拍摄的对象的图像、以及有关相机的位置的信息等，获得作为三维体的、在对图像中示出的对象执行从拍摄图像的视点的位置向以体元(voxel)为单位被分割成体元的三维空间投影时，被投影到三维空间中的投影区域的共同部分的体元。
存在这样一种情况，其中，这种三维体的表面被提取作为代表对象形状的参数之一，或者作为用于获取该参数的信息。作为这种情况下的一种提取方法，通常提供以下方法：三维体的每一个体元被视为考虑目标；并且当在与作为考虑目标的体元接触的体元中，即使存在一个不构成三维体的体元，也提取作为考虑目标的该体元作为三维体的表面体元。
因此，例如，如图1所示，关于与三维体的体元和三维体以外的体元(图中的白色体元)之间的边界相对应的体元(图中的斜线阴影体元)，当将这些体元视为考虑目标时，存在未构成三维体的一个或多个体元。因此，提取这些体元作为三维体表面的体元。注意，为了方便起见，图1图示了某种三维体的某个横截面。
但是，在提取方法中，因为噪声等原因，例如，如图2所示，当构造了具有作为三维体内部的一部分的体元X(体元X不构成三维体)的三维体时，体元X周围的体元被错误地检测为三维体的表面体元(错误检测的体元如图中的点阴影所示)。其结果是，存在提取精度降低的问题。注意，为了方便起见，图2图示了如图1的情况一样的三维体的某个横截面。
【发明内容】
本发明是鉴于上述几点而作出的，并且提出了一种能够提高对对象表面的提取精度的表面提取方法、表面提取设备和程序。
为了解决上述问题，本发明提供了一种表面提取方法，该表面提取方法包括：第一步骤，在被划分为具有格子形状的区域的三维空间中，以这些区域的直线行(straight-line row)为单位，来调查是否存在构成所述三维空间中示出的对象地构成区域；以及第二步骤，提取存在于直线行的两个末端处的构成区域作为所述对象的表面。
此外，本发明提供了一种表面提取设备，该表面提取设备包括工作存储器以及结合工作存储器执行图像处理的图像处理部件。图像处理部件在被划分为格子形状的区域的三维空间中，以这些区域的直线行为单位，来调查是否存在构成所述三维空间中示出的对象的构成区域，并提取存在于直线行末端处的构成区域作为所述对象的表面。
并且，本发明提供了一种程序，该程序使得控制工作存储器的控制部件执行以下步骤：在被划分为格子形状的区域的三维空间中，以这些区域的直线行为单位，来调查是否存在构成所述三维空间中示出的对象的构成区域；以及提取存在于直线行末端处的构成区域作为所述对象的表面。
根据本发明，使用直线行作为单位，忽略在除了直线行末端以外位置处的中间区域。这样，即使当在对象内部存在不构成对象的区域时，也可防止错误地将不构成对象的区域提取作为对象表面，而无需调查同一区域两次或两次以上。因此，可以实现能够提高对对象表面的提取精度的表面提取方法、表面提取设备和程序。
【附图说明】
图1包括图示出(A)在提取构成三维体的横截面上的表面的体元之前和(B)在提取这些体元之后的状态(1)的示意图。
图2包括图示出(A)在提取构成三维体的横截面上的表面的体元之前和(B)在提取这些体元之后的状态(2)的示意图。
图3是图示出根据本实施例的认证装置的配置的框图。
图4包括图示出被旋转的手指的状态转变的示意图。
图5包括图示出图像摄取目标和图像之间的关系的示意图。
图6是图示出控制部件的功能配置的框图。
图7包括用于说明对手指关节的检测的示意图。
图8是用于说明旋转校正量的计算的示意图。
图9包括图示出在执行浮雕(emboss)之前和之后的血管图像的示意图。
图10包括用于说明移动量的计算的示意图。
图11是图示出在执行浮雕处理之后的血管图像的亮度状态的示意图。
图12包括图示出通过血管提取处理引起的亮度的状态转变的示意图。
图13包括用于说明亮度状态的均衡化的示意图。
图14是图示出体元空间的示意图。
图15是用于说明对手指剪影区域(silhouette region)的检测的示意图。
图16是用于说明位于体元空间周围的各个图像之间的位置关系的示意图。
图17是图示出手指立体图像的示意图。
图18是用于说明对血管剪影区域的检测(1)的示意图。
图19包括用于说明在对象与(A)在图像摄取方向那一侧(对象前方)和(B)在与图像摄取方向相反的方向那一侧(对象后方)的图像中示出的对象图像之间的关系的示意图。
图20是用于说明对血管剪影区域的检测(2)的示意图。
图21是图示出提取血管剪影区域的状态的示意图。
图22是图示出血管立体图像的示意图。
图23是用于说明体元空间的长度、宽度和高度的示意图。
图24包括用于说明作为调查目标的体元行的示意图。
图25包括用于说明对末端体元的提取的示意图，其图示了(A)在长度方向上的体元行、(B)在宽度方向上的体元行以及、(C)OR(或关系)。
图26包括用于说明对提取精度的比较的示意图，其图示了(A)执行提取之前的体元、(B)使用典型方法执行提取之后的体元、以及(C)使用本发明执行提取之后的体元。
图27包括用于说明在另一实施例中作为调查目标的体元行的示意图。
图28包括用于说明在另一实施例中对末端体元的提取的示意图，其图示了(A)对角体元行1、(B)对角体元行2、以及(C)OR。
图29是用于说明对末端体元是否为噪声的估计的示意图。
标号说明
1认证装置
10控制部件
11操作部件
12图像摄取部件
13存储器
14接口
15通知部件
15a显示单元
15b音频输出单元
21预处理单元
22三维图像生成单元
23表面形状提取单元
【具体实施方式】
以下将详细描述应用了本发明的实施例。
(1)根据本实施例的认证装置的总体配置
在图3中，图示了根据本实施例的认证装置1的总体配置。认证装置1是通过经由总线16将操作部件11、图像摄取部件12、存储器13、接口14和通知部件15的每一个连接到控制部件10来构成的。
控制部件10被配置为这样的计算机，该计算机包括对认证装置1执行整体控制的CPU(中央处理单元)、存储了各种程序、设置信息等的ROM(只读存储器)、以及充当CPU的工作存储器的RAM(随机访问存储器)。
根据用户操作从操作部件11向控制部件10输入以下命令：针对要登记作为登记目标的用户(以下将称为登记者)的血管的模式(以下将称为血管登记模式)的执行命令COM1，或者针对是否将一个人识别为登记者的模式(以下将称为认证模式)的执行命令COM2。
控制部件10被配置为根据上述执行命令COM1或COM2确定要执行的模式，并被配置为根据与确定结果相对应的程序来适当地控制图像摄取部件12、存储器13、接口14和通知部件15，从而执行血管登记模式或认证模式。
图像摄取部件12根据由控制部件10指定的曝光值(EV)来调节光学系统中的透镜的位置、孔径的孔径值、以及图像摄取元件的快门速度(曝光时间)。
此外，图像摄取部件12还以预定间隔摄取拍摄主体的图像(这些图像被投影在图像摄取元件的图像摄取面上)，并将有关这些图像的作为图像摄取结果生成的数据项(以下，这些数据项将被称为图像数据项)顺序输出到控制部件10。
另外，图像摄取部件12还在由控制部件10指定的时间段内驱动近红外光源，并利用由血管特别吸收的近红外光照射作为图像摄取目标的空间(以下，该空间将称为图像摄取空间)。
当在发射近红外光的时间段内手指被置于图像摄取空间中时，通过手指内部的近红外光经由光学系统和孔径进入图像摄取元件，作为用来投影血管图像的光。手指内部的血管的图像被投影在图像摄取元件的图像摄取面上。因此，在这种情况下，在基于由图像摄取部件12作为图像摄取结果生成的图像数据项的图像中示出了血管。
存储器13是使用例如闪存来构成的，并且被配置为使得在存储器13中存储或从存储器13读取由控制部件10指定的数据。
接口14被配置为向经由预定传输线路与其连接的外部装置发送各种数据项/从其接收各种数据项。
通知部件15包括显示单元15a和音频输出单元15b。显示单元15a在显示屏上显示基于从控制部件10提供的显示数据的字符和图形。另一方面，音频输出单元15b被配置为从扬声器输出基于从控制部件10提供的音频数据的音频。
(2)血管登记模式
接下来，将说明血管登记模式。当控制部件10确定血管登记模式为要执行的模式时，控制部件10将操作模式改变为血管登记模式，并使得通知部件15发出如下通知：有必要在图像摄取空间放置手指，并沿手指圆周面(指腹、指侧、和指背的面)旋转手指。
在这种情况下，控制部件10使得图像摄取部件12执行图像摄取操作。另外，控制部件10还使得图像摄取部件12中的近红外光源仅在每隔预定间隔的预定闪光时间段内闪光，从而使得近红外光源执行闪光操作。
在这种状态下，当沿着手指圆周面旋转置于图像摄取空间中的手指时，例如，如图4所示，根据图像摄取部件12中的近红外光源的闪光操作交替获得手指表面的图像(以下将称为手指图像)和手指内部的血管的图像(以下将称为血管图像)，例如，如图5所示。注意，手指图像是使用可视光作为图像摄取光来摄取的，而血管图像是使用近红外光作为图像摄取光来摄取的。
此外，控制部件10从已经历预定图像处理和控制处理且从图像摄取部件12按摄取顺序输入的图像数据项中，提取手指的立体图像(以下将称为手指立体图像)和血管的立体图像(以下将称为血管立体图像)的表面。然后，控制部件10将手指立体图像和血管立体图像的表面作为成为标识目标的数据项(以下将称为标识数据项)存储在存储器13中，从而登记血管。
以这种方式，控制部件10被配置为能够执行血管登记模式。
(3)认证模式
接下来，将说明认证模式。当控制部件10确定认证模式为要执行的模式时，控制部件10将操作模式改变为认证模式，并像血管登记模式的情况一样，使得通知部件15发出如下通知：有必要在图像摄取空间中沿手指圆周面旋转手指。并且，控制部件10使得图像摄取部件12执行图像摄取操作，并使得近红外光源执行闪光操作。
此外，像血管登记模式的情况一样，控制部件10从以图像摄取顺序自图像摄取部件12输入的图像数据项中提取手指立体图像和血管立体图像的表面。然后，控制部件10被配置为对所提取表面与作为标识数据项存储在存储器13中的表面之间的位置关系进行验证，并被配置为使用验证结果来确定是否可以批准该手指的主人成为登记者。
这里，当确定不能批准手指主人成为登记者时，控制部件10经由显示单元15a和音频输出单元15b提供指示出不批准的视觉和听觉通知。相反，当确定可以批准手指主人成为登记者时，控制部件10向与接口14连接的装置发送指示出已经批准手指主人成为登记者的数据。在该装置中，使用指示出已经批准手指主人成为登记者的数据作为触发，执行在认证成功时要执行的如下预定处理：例如，将门关闭特定时间段，或者取消作为限制目标的操作模式。
以这种方式，控制部件10被配置为能够执行认证模式。
(4)提取对象表面
接下来，将具体描述由控制部件10执行的、提取对象表面的处理。就功能而言，如图6所示，该处理可分为预处理单元21、三维图像生成单元22和表面形状提取单元23。以下，将详细说明预处理单元21、三维图像生成单元22和表面形状提取单元23。
(4-1)在生成三维图像之前的处理细节
从图像摄取部件12向预处理单元21输入有关手指图像的图像数据项DFai(i＝1、3、5、...、或n(n为奇数))或者有关血管图像的图像数据项DBaj(j＝2、4、6、...或(n-1))，这些图像数据项已经经历如下处理：适当抽取图像数据项以使得逐帧地交替获得手指图像和血管图像。
在第一步骤中，预处理单元21基于图像数据项DFai检测手指图像中的关节。将说明检测方法的一个示例。当预处理单元21获得图像数据项DFai时，例如，如图7所示，预处理单元21基于手指图像的明暗对比(图7的部分(A))，从手指图像中提取手指区域(图7的部分(B))。
此外，预处理单元21使用轮廓提取滤波器从手指区域提取构成手指轮廓的点(以下将称为手指轮廓点)(图7的部分(C))，并通过使用霍夫(Hough)变换等对它们进行延伸，从手指轮廓点中提取水平方向上的手指轮廓点(图7的部分(D))。
预处理单元21被配置为检测基本上通过各个延伸后的手指轮廓的中心的线段作为关节JNL(图7的部分(E))。
在第二步骤中，预处理单元21基于关节的位置，对作为检测该关节位置的目标的手指图像并对紧邻在该手指图像之前输入的血管图像执行旋转校正。将说明旋转方法的一个示例。预处理单元21被配置为获取由关节JNL相对图像的列方向上的线LN来限定的角度θx作为手指图像的旋转校正量，例如，如图8所示，并被配置为根据旋转校正量(θx)对图像执行旋转校正。注意，虽然在图8中作为一个示例图示了对手指图像执行旋转校正的方式，不过以相同方式对血管图像执行旋转校正。
其结果是，在此示例中，从各个视点获得的手指图像和血管图像经历了旋转校正，从而在每一幅图像中示出的手指的纵向将是图像的行方向。注意，虽然在此示例中描述了执行旋转校正以使得由图像列方向和关节JNL的延伸方向限定的角度将为0[°]的情况，但是仅需要由图像的行或列方向与关节的延伸方向限定的角度为预定角度。
在第三步骤中，预处理单元21基于关节的位置，从作为检测关节位置的目标的手指图像中并从紧邻在该手指图像之前输入的血管图像中裁出具有预定大小的区域。以下，将从手指图像裁出的区域称为手指部分图像，并将从血管图像裁出的区域称为血管部分图像。
此外，当预处理单元21裁出手指部分图像时，预处理单元21将有关所裁出的手指部分图像的图像数据项DFbi提供给三维图像生成单元22。
在第四步骤中，预处理单元21使用诸如高斯滤波器或对数滤波器之类的差分滤波器来浮雕(emboss)血管部分图像中示出的血管，并基于已经设置的亮度值将血管被浮雕的血管部分图像转换为二元图像(以下将称为二元血管部分图像)。另外，当预处理单元21生成二元血管部分图像时，预处理单元21将有关二元血管部分图像的图像数据项DBbj提供给三维图像生成单元22。
这里，在图9中图示了在执行浮雕之前和之后的图像的示例。在执行浮雕之前的血管图像中(图9的部分(A))，血管与其它部分之间的边界并不清晰。但是，在执行浮雕之后的血管图像中(图9的部分(B))，边界变得清晰。此外，从图9清楚可见，使用这种处理突出了血管，并且其结果是，可以清楚地相互区分血管和其它部分。
在第五步骤中，预处理单元21计算在被选择作为处理目标的手指部分图像中以及在紧邻在所选手指图像之前输入的手指部分图像(其在之前被选择作为处理目标)中示出的手指的移动量，并将表示该移动量的数据项(以下，将称为移动量数据项)DFM1-3、DFM3-5、DFM5-7、...或者DFM(n-2)-n提供给三维图像生成单元22。
类似地，预处理单元21计算在被选择作为处理目标的血管部分图像中以及在紧邻在所选的二元血管部分图像之前输入的血管部分图像(其在之前被选择作为处理目标)中示出的血管的移动量，并将移动量数据项DBM2-4、DBM4-6、DBM6-8、...或者DBM(n-3)-(n-1)提供给三维图像生成单元22。
将说明计算方法的一个示例。关于该计算方法的说明，将被选择作为处理目标的手指部分图像或血管部分图像称为当前图像，并将紧邻在上述手指部分图像或血管部分图像之前输入的手指部分图像或血管部分图像称为先前图像。
在预处理单元21中，使用光学流来计算移动量。换而言之，预处理单元21确定当前图像IM1中作为聚焦目标的点(以下将称为聚焦点)AP，例如，如图10的部分(A)所示，并识别以聚焦点AP为中心的(m×n)像素块(以下称为聚焦块)ABL的亮度值。
然后，如图10的部分(B)所示，预处理单元21搜索先前图像IM2中的一个块以使得该块的亮度值与聚焦块ABL的亮度值之间的差值最小化，将搜索到的块RBL的中心视作与聚焦点AP相对应的点XP(以下将称为对应点)，并获得该对应点XP相对于与聚焦点AP相对应的位置AP′的位置向量V(Vx，Vy)。
以这种方式，预处理单元21被配置为搜索先前图像IM2中的、与当前图像IM1中的多个相应聚焦块相对应的块。另外，预处理单元21还被配置为计算这些块的中心(XP)与(和聚焦块的中心位置相同的)位置(AP′)之间的各个位置向量的平均(水平方向上的向量分量Vx的平均以及垂直方向上的向量分量Vy的平均)作为移动量。
该移动量是这样的值，其不仅表示在水平方向(旋转方向)上相对于手指所放置的面的移动，而且还表示垂直方向(与旋转方向正交的方向)上相对于该面的移动，该移动是由手指压力量或者旋转轴的波动等导致的。
注意，取代各个位置向量的平均(水平方向上的向量分量Vx的平均以及垂直方向上的向量分量Vy的平均)，可以采用使用统计方法从各个位置向量获得的值(代表值)作为移动量，例如各个位置向量的最大值、最小值、或者标准偏差值。
在此实施例的预处理单元21中，不是采用二元血管部分图像，而是采用在经历浮雕处理之后且在经历二元化之前的血管部分图像作为计算血管移动量的目标。
在经历浮雕处理之后的血管部分图像中，如以上参考图9所描述的，血管与其它部分清楚地相互区分，并且血管图像中的血管的亮度被视为指示出实际横截面的状态的信息，如图11所示。但是，在经历血管提取处理之后的血管图像(二元血管图像)的情况下，该信息已被丢弃，如图12所示。因此，例如，如图13的部分(A)和图13的部分(B)所示，即使当图像示出相互不同的血管横截面时，在图像经历提取处理之后横截面图像具有相同亮度的概率也增加了。
因此，如果采用经历了血管提取处理之后的图像(二元血管图像)作为计算移动量的目标的图像，则在搜索先前图像IM2中的块以使得该块的亮度值与当前图像IM1中的聚焦块ABL的亮度值之间的差值最小化(图10的部分(B))时，将出现亮度值等于或基本等于聚焦块ABL的亮度值的许多块。因此，无法搜索到实际与聚焦块ABL相对应的块RBL，并且其结果是，这导致移动量计算精度降低的情形。
出于这个原因，在血管提取处理过程中获得的血管部分图像(在经历浮雕处理之后且在经历二元化之前的图像)被用作作为计算血管移动量的目标的图像。
注意，虽然通常当前图像IM1中的多个聚焦块对应于当前图像IM1的所有像素，但是当前图像IM1中的多个聚焦块可以对应于构成当前图像IM1所示的手指或血管的一些部分。
此外，通常整个先前图像IM2都被视作先前图像IM2的、在其中搜索块以使得该块的亮度值与聚焦块ABL的亮度值之间的差值最小化的范围。但是，该范围可以是这样的范围：其中心位于移动了过去检测到的移动量的位置，且其大小对应于多个聚焦块的大小。该范围的形状可以根据过去检测到的移动量的时间改变量而改变。
(4-2)三维图像的生成
如图14所示，三维图像生成单元22限定如下所述的具有预定形状的三维空间作为投影目标的空间：其中，称为体元的立方体被用作构成单位(以下将称为体元空间)。
并且，三维图像生成单元22基于从预处理单元21输入的图像数据项DFbi(DFb1、DFb3、...、DFb(n-2)、DFbn)来生成手指部分图像中示出的手指的剪影的共同部分，作为体元空间中的手指立体图像(三维体)。
另一方面，三维图像生成单元22基于从预处理单元21输入的血管图像部分数据项DBbj(DBb2、DBb4、...、DBb(n-3)、DBb(n-1))来生成二元血管部分图像中示出的血管剪影的共同部分，作为体元空间中的血管立体图像(三维体)。
此外，当三维图像生成单元22在限定的体元空间中生成手指立体图像和血管立体图像时，三维图像生成单元22将表示体元空间中的手指立体图像和血管立体图像的数据项(体元数据项)作为三维体数据项BMD来提供给表面形状提取单元23。
将说明由三维图像生成单元22执行的生成手指立体图像的方法的一个示例。三维图像生成单元22根据诸如焦距和图像中心之类的相机信息并根据有关体元空间的信息，来识别手指周围的从其摄取各个手指部分图像的视点。当针对图像中示出的手指执行从各个视点向体元空间的投影时，三维图像生成单元22检测被投影到体元空间中的各个剪影区域。
换而言之，当首先从预处理单元21输入的图像数据项DFb1被视作处理目标时，三维图像生成单元22将作为参考图像的基于图像数据项DFb1的手指部分图像置于与体元空间周围的视点中的旋转角度为0[°]的视点相对应的位置，例如，如图15所示，并检测被投影在从体元空间的投影表面到体元空间的最里面部分的范围中的剪影区域ARF。
具体而言，将体元空间的各个体元逆向投影到手指部分图像上，并计算投影点。投影点存在于手指部分图像所示的手指轮廓内的体元被留作剪影区域的体元，从而检测剪影区域。
另一方面，当在第一图像数据项DFb1之后从预处理单元21输入的图像数据项DFb3、DFb5、...被视作处理目标时，三维图像生成单元22基于从预处理单元21输入的移动量数据项DFM，来识别从参考图像到基于图像数据项DFb的、被视作处理目标的手指部分图像在旋转方向上的移动量(以下将称为旋转移动量)。
然后，当用Vx1表示旋转移动量，并用r1表示被设定为从手指的旋转轴到手指表面的距离的值时，获得以下等式。
θro1＝arctan(Vx1/r1) ...(1)
使用该等式，三维图像生成单元22获得作为当前处理目标的手指部分图像相对于参考图像的旋转角(以下将称为第一旋转角)θro1，并确定第一旋转角θro1是否小于360[°]。
当第一旋转角θro1小于360[°]时，这指示出如下状态：尚未检测到针对在手指全周摄取的多个手指部分图像的所有视体(剪影区域)。在这种情况下，三维图像生成单元22获取第一旋转角θro1与紧邻在当前处理目标之前检测到视体的手指部分图像相对于参考图像的旋转角(以下将称为第二旋转角)之间的差值，并确定该差值是否等于或大于预定阈值。
当差值小于阈值时，这指示出如下状态：手指的旋转停止或几乎停止。在这种情况下，三维图像生成单元22不获取作为当前处理目标的手指部分图像的剪影区域，并将要接着当前处理目标输入的图像数据项DFb视为处理目标。以这种方式，三维图像生成单元22被配置为能够预先防止对无用剪影区域的计算。
相反，当差值等于或大于阈值时，这指示出如下状态：手指当前正被旋转。在这种情况下，三维图像生成单元22识别出视点VPx，视点VPx限定了相对于参考位置IMs的视点VPs的第一旋转角θro1，例如如图16所示，并将作为当前处理目标的手指部分图像IMx置于与视点VPx相对应的位置。
并且，三维图像生成单元22被配置为检测针对手指部分图像IMx被投影在从投影空间的投影表面到投影空间的最里面的范围中的剪影区域，并且然后被配置为将要接着当前目标之后输入的图像数据项DFb视为处理目标。
注意，当三维图像生成单元22将作为当前处理目标的手指部分图像IMx置于体元空间周围时，三维图像生成单元22针对手指部分图像IMx并针对紧邻在手指部分图像IMx之前检测到视体的手指部分图像IM(x-1)，基于相应移动量数据项DFM(图6)来识别在与手指旋转方向正交的方向上的移动量(在作为当前处理目标的手指图像中以及在上一次放置的手指图像中，在垂直方向上的向量分量Vy的平均)，并仅利用在校正方向(与体元空间的z轴方向平行的方向)RD上的移动量对视点VPx执行位置校正。
因此，即使在旋转手指时发生手指压力量或旋转轴波动等的情况中，三维图像生成单元22也可根据该波动来检测剪影区域。因此，与不考虑在与手指旋转方向正交的方向上的移动量的情况相比，三维图像生成单元22被配置为能够精确地检测剪影区域。
以这种方式，三维图像生成单元22检测在手指周围摄取的各个手指部分图像中示出的手指的各个剪影区域，直到相对于参考图像的第一旋转角θro1变为360[°]或更大为止。
此外，当相对于参考图像的第一旋转角θro1变为360[°]或更大时，三维图像生成单元22被配置为提取目前已经检测到的各个剪影区域的共同部分作为手指立体图像(三维体)，从而生成手指立体图像，例如，如图17所示。
接下来，将说明由三维图像生成单元22执行的生成血管立体图像的方法的一个示例。与手指立体图像的情况一样，三维图像生成单元22根据相机信息和有关体元空间的信息，来识别从其摄取各个二元血管部分图像的、在手指周围的视点。当针对图像中示出的血管执行从各个视点到投影空间的投影时，三维图像生成单元22检测被投影到投影空间中的各个剪影区域。
但是，三维图像生成单元22不检测被投影在从投影空间的投影表面到投影空间的最里面的范围中的剪影区域。三维图像生成单元22检测被投影在从投影空间的投影表面到在朝向投影空间的最里面的方向上距离限定长度的投影面的范围中的血管剪影区域。
换而言之，当首先从预处理单元21输入的图像数据项DBb2被视作处理目标时，三维图像生成单元22将作为参考图像的基于图像数据项DBb2的二元血管部分图像置于与体元空间周围的视点之中旋转角度为0[°]的视点相对应的位置，例如，如图18所示，并仅检测被投影到范围从投影空间的投影表面到在朝向投影空间的最里面部分的方向上距离限定长度L的投影面的空间(以实线为边界的空间)中的剪影区域ARB。注意，检测剪影区域的方法与对手指图像执行的方法相同。
另一方面，当在第一图像数据项DBb2被输入之后从预处理单元21输入的图像数据项DBb4、DBb6、...被视为处理目标时，三维图像生成单元22基于从移动计算单元25输入的相应移动量数据项DBM，来识别出从参考图像到二元血管部分图像的旋转移动量。
然后，当用Vx2表示该旋转移动量，并用r2表示被设置为从手指的旋转轴到血管的距离的值时，获得以下等式。
θro2＝arctan(Vx2/r2) ...(2)
使用该等式，三维图像生成单元22获得了二元血管部分图像相对于参考图像的第一旋转角θro2。
以这种方式，与手指立体图像的情况一样，针对作为处理目标的二元血管部分图像中示出的血管，三维图像生成单元22检测被投影到在从投影空间的投影表面到在朝向投影空间的最里面部分的方向上距离限定长度L的投影面的范围内的空间中的剪影区域，直到与其之间的第一旋转角θro2变为360[°]或更大的二元血管部分图像被作为处理目标来处理为止。
这里，活体中除血管以外的部分并不是空心的，并且堵塞有诸如脂肪之类的相应组织。因此，存在以下情况：光学图像摄取部件12无法摄取在图像摄取表面的背侧那一侧的血管部分，例如，如图19所示。即使在这种情况下，因为用于检测剪影区域的目标限于该剪影区域被投影到的、在从体元空间(投影空间)的投影表面到在朝向体元空间的最里面部分的方向上距离限定长度的投影面的范围内的区域，所以各个图像中示出的对象的所投影部分(剪影区域)的体元被留在体元空间中，如图20所示。
因此，当检测剪影区域直到相对于参考图像的第一旋转角θro2变为360[°]或更大为止之时，作为各个图像中示出的对象的所投影部分(剪影区域)而被留下的体元的共同部分(实线阴影部分)被提取作为血管立体图像(三维体)，该血管立体图像是针对实际对象在体元空间中的真实再现，例如，如图21所示。注意，在图21中，圆柱区域的部分是被留作未投影部分的体元。
三维图像生成单元22被配置为：当相对于参考图像的第一旋转角θro2变为360[°]或更大时，提取被检测为血管立体图像(三维体)的各个剪影区域的共同部分，从而生成血管立体图像，例如，如图22所示。
(4-3)三维图像表面的检测
当表面形状提取单元23获得从三维图像生成单元22输入的三维体数据项BMD时，表面形状提取单元23基于三维体数据项BMD，来提取体元空间(图14)中示出的手指立体图像和血管立体图像的各个表面，并生成作为提取结果的标识数据项DIS。在血管登记模式中，标识数据项DIS被登记在存储器13中，而在认证模式中，验证标识数据项与存储器13中存储的标识数据项是否一致。
将说明由表面形状提取单元23执行的提取方法的一个示例。当表面形状提取单元23检测手指立体图像的表面时，表面形状提取单元23以由三维图像生成单元22限定的体元空间(图14)中体元的直线行(以下将称为体元行)为单位，来调查是否存在构成体元空间中示出的手指立体图像的体元(以下将称为手指构成体元)。
此外，当表面形状提取单元23调查一个平面上的长度体元行和宽度体元行中是否存在手指构成体元时，表面形状提取单元23提取在体元行末端的手指构成体元(以下将称为末端体元)的OR作为构成手指立体图像的表面的体元，例如，如图25所示。
类似地，当表面形状提取单元23检测血管立体图像的表面时，表面形状提取单元23以由三维图像生成单元22限定的体元空间(图14)的体元行为单位，来调查是否存在构成体元空间中示出的血管立体图像的体元(以下将称为血管构成体元)。表面形状提取单元23提取在体元行末端的血管构成体元(末端体元)作为构成血管立体图像的表面的体元。
以这种方式，表面形状提取单元23忽略在体元行中间的手指构成体元或血管构成体元，并且仅提取末端体元。因此，如图2所示，即使当在三维体(手指立体图像或血管立体图像)内部存在并不构成三维体的体元X时，表面形状提取单元23也可防止将不构成三维体的体元X错误地提取作为对象的表面。
这里，当即使在与作为考虑目标的体元接触的体元中仅存在一个不构成对象的体元时，也执行在作为考虑目标的体元被视为对象表面的体元的典型方法的提取精度与由表面形状提取单元23执行的提取方法的提取精度之间的比较。图26图示了仿真结果。
图26的部分(A)是图示出在对体元施加随机噪声之后的构成特定对象的各个体元的示意图。此外，图26的部分(B)是图示出使用典型方法从图26的部分(A)所示的对象提取的体元的示意图。图26的部分(C)是图示出使用由表面形状提取单元23执行的提取方法从图26的部分(A)所示的对象提取的体元的示意图。
从图26清楚可见，由表面形状提取单元23执行的提取方法的提取精度高于典型方法的提取精度。注意，使用典型方法提取的体元的数目为“82622”，而用由表面形状提取单元23执行的提取方法提取的体元的数目为“22482”。
注意，与以体元空间的体元为单位(逐体元地)使用每一个体元和与该体元接触的体元之间的关系来提取手指表面体元或血管表面体元的典型方法相比较，因为在由表面形状提取单元23执行的提取方法中，以体元空间的体元行为单位提取体元行的末端体元作为手指表面体元或血管表面体元，所以由于相同体元不被调查两次或更多次，使得使用该提取方法可以降低计算成本(处理负荷)。
(5)操作和优点
利用上述配置，用作表面提取设备的表面形状提取单元23以被划分成体元的三维空间(体元空间(图14))的体元行为单位，来调查是否存在体元空间中示出的手指构成体元或血管构成体元(图24)，并提取在体元行末端的末端体元作为构成对象表面的体元(图25)。
因此，利用表面形状提取单元23，夹在末端体元之间的中间体元被忽略，并且末端体元被提取作为表面体元。这样，即使当在对象内部存在不构成对象的体元时，也可在不需调查同一体元两次或两次以上的情况下，防止错误地将不构成对象的体元提取作为对象的表面。
其结果是，与将作为考虑目标的体元视为对象的表面体元的方法相比较，当即使在与作为考虑目标的体元接触的体元中仅存在不构成对象的一个体元时，也可正确且快速地提取表面的位置。
利用上述配置，以体元空间的体元行为单位，在体元行末端的手指构成体元和血管构成体元被提取作为表面的体元。因此，即使当在对象内部存在不构成对象的体元时，也可防止将不构成对象的体元错误地提取为对象表面，而无需调查同一体元两次或两次以上。这样，可以提高对象表面的提取精度。
(6)其他实施例
在上述实施例中，描述了如下情况：其中，用作表面提取设备的表面形状提取单元23被用作生成标识信息的处理的一个部分。但是，本发明不限于这种情况。例如，表面形状提取单元23可被用作生成CG(计算机图形)中的多边形的处理的一个部分。
注意，在上述实施例中，有关表面形状提取单元23所提取的对象表面的信息被用作标识目标。但是，有关对象表面的信息可被用作标识目标的中间信息。这种方式的示例包括如下方式：基于有关对象表面的信息，来计算手指或血管图像中的某个横截面的表面面积，并使用该表面面积作为标识目标。
当作为调查目标的体元行被设置在对角方向上时，如图28所示，与提取长度体元行和宽度体元行的末端体元的情况(图24)相比较，由于对象表面粗糙数目增多，使得检测精度略微降低。但是，与上述实施例的情况一样，即使当在对象内部存在不构成对象的体元时，也可防止将该体元错误地提取作为对象表面，而无需调查同一体元两次或两次以上。
此外，在上述实施例中，描述了如下情况：其中，末端体元被提取作为对象的表面体元。但是，本发明不限于该情况。当末端体元的任一方或两方都在体元行中处于孤立状态时，可以估计处于孤立状态的末端体元是否为噪声。
具体而言，例如，如图29所示，确定最接近处于孤立状态的体元BCx的手指构成体元或血管构成体元BCy与该处于孤立状态的体元BCx之间的距离DIS是否短于预定阈值。
这里，当距离DIS短于预定阈值时，处于孤立状态的体元BCx与最接近该处于孤立状态的体元BCx的手指构成体元或血管构成体元BCy之间的体元由于噪声等而消失。因此，处于孤立状态的体元BCy不被视为噪声，并且处于孤立状态的体元BCx被提取作为构成对象表面的体元。
相反，当距离DIS等于或长于预定阈值时，处于孤立状态的体元BCx被视为噪声，并且最接近处于孤立状态的体元BCx的手指构成体元或血管构成体元BCy被提取作为构成对象表面的体元。
以这种方式，由于根据对处于孤立状态的末端体元BCx是否为噪声的估计而适当地改变构成对象表面的体元，所以与简单地提取末端体元作为对象的表面体元的情况相比，可以显著地提高提取精度。
此外，在上述实施例中，描述了如下情况：其中，生成三维体数据项BMD的功能和表面形状提取单元23的表面提取功能被结合在同一装置(认证装置1)中。但是，在另一实施例中，这些功能可被分离以将这些功能的每一个或这些功能的一些结合在单个装置中。
另外，在上述实施例中，描述了如下情况：其中，根据存储在ROM中的程序执行上述表面提取处理。但是，可以根据如下程序来执行上述表面提取处理：所述程序是通过从诸如CD(致密盘)、DVD(数字多功能盘)或半导体存储器之类的存储有程序的存储介质安装而获得的，或者通过在因特网上从提供程序的服务器下载而获得。
并且，在上述实施例中，描述了如下情况：其中，控制部件10执行表面提取处理。但是，本发明不限于该情况。该处理的一个部分或全部可由图形工作站(图像处理器)执行。
另外，在上述实施例中，描述了如下情况：其中，应用了具有图像摄取功能、认证功能和登记功能的认证装置1。但是，本发明不限于该情况。在另一实施例中，可根据应用分离这些功能，以使得将这些功能的每一个或这些功能的一些结合到单个装置中。
工业应用性
本发明可用于生物认证领域。