個人認証方法及びシステム
【課題】生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新たな個人認証方法を提供する。
【解決手段】個人認証システムの利用者は、指の爪に描点１４ｒ、１４ｂが印刷されたシール１２を貼付する。シール１２を貼付した利用者の指を撮像したデジタル画像から指の輪郭線と描点１４ｒ、１４ｂを抽出した後、描点１４ｒ、１４ｂに基づいて基準点および追跡始点を定義する。さらに、指の輪郭線を構成する各画素に対して追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与した上で、指の輪郭線を構成する各画素と基準点との離間距離と画素ＩＤを対応付けたテーブルを認証用データとして使用する。
【解決手段】個人認証システムの利用者は、指の爪に描点１４ｒ、１４ｂが印刷されたシール１２を貼付する。シール１２を貼付した利用者の指を撮像したデジタル画像から指の輪郭線と描点１４ｒ、１４ｂを抽出した後、描点１４ｒ、１４ｂに基づいて基準点および追跡始点を定義する。さらに、指の輪郭線を構成する各画素に対して追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与した上で、指の輪郭線を構成する各画素と基準点との離間距離と画素ＩＤを対応付けたテーブルを認証用データとして使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人認証技術に関し、より詳細には、生体情報を使用したキャンセラブルな個人認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、広く採用されている個人認証方法として、パスワードなどの本人しか知り得ない情報を利用する記憶認証やＩＤカードなどを利用する所有認証が挙げられるが、これらの方法には、悪意の第三者がパスワードを盗用したりＩＤカードを偽造したりすることで容易になりすまされるという問題があった。この問題に対して、指紋や静脈パターンなどの生体情報を利用する生体認証が提案されたことにより、なりすましの問題は解決されたかに見えた。なぜなら、人体と一体不可分である生体情報の紛失や盗難は理論上起こり得ず、生体情報を偽造したり盗用したりすることはできないと考えていたからである。
【０００３】
ところが、最近になって、残留指紋を写し取った人工指を使ってなりすましに成功した事例が報告され、生体認証のなりすまし攻撃に対する脆弱性が指摘されるようになった。仮に、生体情報が悪意の第三者によって偽造・盗用された場合、生体認証システムには、生体情報を使用するがゆえの運用上の問題が発生する。つまり、指紋などの生体情報は、個体において終生不変であるがゆえにこれを更新することができず、生体情報を偽造・盗用された利用者は、結果的にそのシステムを二度と利用することができなくなるのである。
【０００４】
さらに、生体認証には、個人情報の問題が絡んでくる。現在、使用されている指紋や静脈パターンなどの生体情報は、個人を特定することのできる情報であるため、システム運用者には個人情報保護法上の管理責任が生じる。また、そのような個人情報を他人に委ねることに一抹の不安を感じる人は少なくなく、特に、指紋照合は、犯罪捜査を連想させるため心理的な抵抗感が大きい。このような心理的要因により、特に、一見の出先の施設（例えば、商業施設、宿泊施設、アミューズメント施設など）において生体認証システムが受け入れられにくいことは想像に難くない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、生体認証には、パスワードを覚えたり、ＩＤカードを持ち歩いたりする必要がないという捨てがたい利便性があるのも事実である。本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新たな個人認証方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新規な個人認証方法につき鋭意検討した結果、認証用データとして、唯一性の低い生体情報である指の輪郭線と当該指の爪に貼付したシールの位置情報から事後的に再現不可能な二次情報を生成する構成に想到し、本発明に至ったのである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、個人認証を行う方法であって、描点が印刷されたシールを指の爪に貼付した被認証者の該指のデジタル画像を取得するステップと、前記デジタル画像から前記指の輪郭線を抽出するステップと、前記デジタル画像から前記描点を抽出するステップと、前記描点に基づいて基準点を定義するステップと、前記描点に基づいて追跡始点を定義するステップと、前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するステップと、前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するステップと、認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成するステップと、被認証者の前記認証用データと登録ユーザの前記認証用データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断するステップとを含む、個人認証方法が提供される。また、本発明によれば、コンピュータに対して上記個人認証方法の各ステップを実行させるためのコンピュータ実行可能なプログラムが提供される。さらに、本発明によれば、被認証者の指のデジタル画像を取得するための撮像部と、前記デジタル画像から認証用データを生成する認証用データ生成部と、登録ユーザの前記認証用データを登録データとして管理する登録データ管理部と、被認証者の前記認証用データと前記登録データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断する認証部とを含む個人認証システムであって、前記認証用データ生成部は、前記デジタル画像から前記指の輪郭線および該指の爪に貼付されたシールに印刷された描点を抽出するための機能手段と、前記描点に基づいて基準点を定義するための機能手段と、前記描点に基づいて追跡始点を定義するための機能手段と、前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するための機能手段と、前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するための機能手段と、前記認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成する機能手段とを含む個人認証装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上述したように、本発明によれば、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新規な個人認証方法及びシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の前提事項を説明するための図。
【図２】本実施形態の個人認証システムの機能ブロック図。
【図３】本実施形態の個人認証システムが実行する処理のフローチャート。
【図４】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図５】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図６】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図７】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図８】本実施形態における認証用データ（テーブル）を示す図。
【図９】本実施形態におけるシールの実施形態を示す図。
【図１０】本人受入／他人拒否についての検証実験の結果を示す図。
【図１１】本人受入／他人拒否についての検証実験の結果を示す図。
【図１２】なりすまし耐性のシミュレーション結果を示す図。
【図１３】なりすまし耐性のシミュレーション結果を示す図。
【図１４】追跡画素の数と個人識別性の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１１】
最初に、本発明の個人認証システムにおける前提条件について説明する。本発明の個人認証システムの利用者は、システムの提供者から渡される所定のシールを指の爪に貼ることを要請される。図１（ａ）は、本発明におけるシールの実施形態であるシール１２を拡大して示す。シール１２は、人の指の爪の大きさに対してごく小さなシールとして構成される。なお、図１（ａ）には、長方形のシール１２を示したが、シールの形状はこれに限定されるものではなく、円、楕円、その他のどのような形状であってもよい。
【００１２】
シール１２には２つの描点が印刷されている。ここで、各描点は、互いに異なる色で印刷される。図１（ａ）に示す例においては、赤色の描点１４ｒと青色の描点１４ｂが所定間隔をもって印刷されている。各描点が互いに異なる色で印刷されるのは、後の画像抽出処理に鑑みてのことであり、色の組み合わせは、赤と青に限定されるものではなく、色の距離が適切に離れていればどのような組み合わせであってもよい。また、描点が印刷されるシール１２の表面基材の色は、描点と色の距離が大きく離れていることが好ましく、白などの明度の高い色を採用することが好ましい。
【００１３】
本発明の個人認証システムの利用者は、システムの提供者から渡されたシール１２を指の爪に貼る。この際、シールの貼り方については、利用者の自由に委ねられる。その結果、図１（ｂ）に示すように、利用者の指におけるシール１２の相対的な貼付位置にランダム性が発生することになる。上述した事項を前提とした上で、本発明の個人認証システムについて説明を始める。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態である個人認証システム１００の機能ブロック図を示す。図２に示されるように、本実施形態の個人認証システム１００は、撮像部１０と、画像入力ＩＦ２０と、認証用データ生成部３０と、登録データ管理部４０と、認証部５０と、認証結果出力部６０とを含んで構成されている。撮像部１０は、３ＣＣＤカメラなどの高画質デジタルカメラ１１を含んで構成され、被認証者の指（すなわち、爪の生えている面）のＲＧＢデジタル画像を取得する。撮像部１０が取得したデジタル画像は、画像入力ＩＦ２０を介して認証用データ生成部３０に転送される。認証用データ生成部３０は、被認証者の指のデジタル画像から認証用データを生成する。生成された認証用データは、登録モードにおいては、被認証者を認証するための登録データとして登録データ管理部４０に登録され、認証モードにおいては、照合データとして認証部５０に提供される。認証部５０は、照合データと登録データ管理部４０に登録される各登録データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断し、その結果を認証結果出力部６０に通知する。認証結果出力部６０は、認証結果を出力手段に応じた適切な出力データを変換して出力する。
【００１５】
以上、本実施形態の個人認証システム１００の基本構成について概略的に説明してきたが、次に、個人認証システム１００が実行する処理について図３を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図２を併せて参照するものとする。
【００１６】
図３は、個人認証システム１００が実行する処理のフローチャートを示す。まず、撮像部１０が、被認証者の指（すなわち、爪の生えている面）のデジタル画像を取得する（ステップ１０１）。図４（ａ）は、撮像部１０が取得したデジタル画像を示す。デジタル画像には、爪にシール１２を貼付した被認証者の指の第一関節から先の部分が写っている。なお、シール１２には、図４（ａ）の右側に拡大して示すように、赤色の描点１４ｒと青色の描点１４ｂが印刷されている。
【００１７】
次に、認証用データ生成部３０が、図４（ａ）に示すデジタル画像から指の輪郭線を取得する（ステップ１０２）。具体的には、取得したデジタル画像に対して二値化処理、ノイズ除去処理を施した後、ラプラシアンフィルタを用いてエッジ画素を抽出する。次に、抽出したエッジ画素に対して細線化処理を施すことによって、図４（ｂ）に示すように、指の輪郭線Ｏを１ピクセルの太さで抽出する。
【００１８】
次に、認証用データ生成部３０が、指の輪郭線Ｏに基づいて追跡画素群Ｏ′を定義する（ステップ１０３）。具体的には、指の輪郭線Ｏを構成する画素のＸ座標値の最大値[Ｘmax]を特定した後、最大値[Ｘmax]から所定値[Ｗ]を減じた値[Ｘmax-Ｗ]をＸ座標値に持つ２つの画素、すなわち、Ｐ１（Ｘmax-Ｗ，Ｙ１）およびＰ２（Ｘmax-Ｗ，Ｙ２）を特定する。最後に、指の輪郭線Ｏを構成する画素のうちＸ座標値が[Ｘmax-Ｗ]より小さい画素を全て削除した上で、画素Ｐ１と画素Ｐ２を接続する直線を定義する。その結果、図５（ａ）に示すような追跡画素群Ｏ′が定義される。
【００１９】
次に、認証用データ生成部３０が、シール１２に印刷された２つの描点１４ｒ，１４ｂの代表座標値を決定する（ステップ１０４）。具体的には、まず、図４（ａ）に示すデジタル画像からシール１２に印刷された描点１４ｒおよび描点１４ｂを構成する画素を取得する。ここで、描点１４ｒおよび描点１４ｂは、それぞれが異なる色（赤色および青色）で印刷されているので、描点１４ｒおよび描点１４ｂの画像をＲＧＢ値（あるいは輝度値)に基づいて別々に抽出することができる。なお、各描点の画像の抽出処理は、適切な色抽出フィルタ等を用いて行うことができる。
【００２０】
ここで、抽出された描点１４の画像は、一般に、複数の画素から構成される。したがって、本実施形態においては、所定の規則に従って、描点１４の代表座標値を決定する。代表座標値を決定する規則の一例について、図６に基づいて説明する。まず、描点１４を構成する画素のＸ座標値の最大値[Ｘmax]と最小値[Ｘmin]を取得してその平均値[Ｘave]を求め、平均値[Ｘave]をＸ座標値の代表値とする。なお、座標値の平均値が整数として求められるよう、切り捨てあるいは切り上げなど規則を設ける。同じく、描点１４を構成する画素のＹ座標値の最大値[Ｙmax]と最小値[Ｙmin]を取得してその平均値[Ｙave]を求め、平均値[Ｙave]をＹ座標値の代表値とする。最後に、描点１４の代表座標値を（Ｘave,
Ｙave）として決定する。
【００２１】
次に、認証用データ生成部３０が、描点１４の代表座標値に基づき適切な規則に従って基準点Ｄを定義する（ステップ１０５）。ここで、基準点を定義する規則は種々想定することができ、特に限定するものではないが、最も簡単な例としては、代表画素Ｒあるいは代表画素Ｂのいずれか一方を基準点Ｄとする規則を挙げることができる。その他、代表画素Ｒと代表画素Ｂを結ぶ線分上のいずれかの画素（たとえば中点）を基準点Ｄとしたり、代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線上のいずれかの画素（たとえば、代表画素から所定のピクセル距離離間した画素）を基準点Ｄとしたりする規則が考えられる。ここで、代表画素とは、代表座標値に対応する画素をいうものとする。図５（ａ）に示す例においては、描点１４ｒの代表画素Ｒと描点１４ｂの代表画素Ｂを結ぶ線分の中点を基準点Ｄとして定義している。
【００２２】
次に、認証用データ生成部３０が、描点１４の代表座標値に基づいて追跡始点Ｓを定義する（ステップ１０６）。具体的には、基準点Ｄを通る直線を定義した上で、追跡画素群Ｏ′を構成する画素のうち、定義された直線上に存在する画素を追跡始点Ｓとして定義する。なお、本実施形態においては、上述した基準点Ｄを通る直線は、代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線と所定の角度をなす直線として定義することができる。
【００２３】
図５（ａ）は、最も簡単な例として、追跡画素群Ｏ′を構成する画素のうち、基準点Ｄと代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線（すなわち、基準点Ｄを通る直線であって代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線と０°の角度をなす直線）の上に存在する画素を追跡始点Ｓとして定義している。なお、基準点Ｄを通る直線上は、追跡画素群Ｏ′と２カ所で交わるので、所定の規則に従って、いずれか一方の画素を追跡始点Ｓとして定義する。本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、代表画素Ｒから代表画素Ｂに向って延長線上に存在する画素を追跡始点Ｓとして定義している。
【００２４】
次に、図５（ｃ）に示すように、認証用データ生成部３０が、追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素に対して、追跡始点Ｓから順番に画素ＩＤを連番付与する（ステップ１０７）。この場合、画素ＩＤを付与する順番として、時計回りおよび反時計回りの二通りの順番が想定されるので、所定の規則に従って、画素ＩＤを付与する順番を規定しておく。図５（ｃ）に示す例においては、追跡始点Ｓから反時計回りの順番でＩＤを連番付与する旨が規定されている。
【００２５】
なお、他の実施形態においては、追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素に画素ＩＤを連番付与するのではなく、所定の規則に則って選択された一部の画素についてのみ画素ＩＤを連番付与することもできる。たとえば、基準点Ｄと追跡始点Ｓを通って延びる線を定義した後、その線を、基準点Ｄを回転中心として所定角度（θ）ずつ一定方向に回転移動させ、移動した線と指の輪郭線の交点にある画素についてのみ画素ＩＤを連番で付与するように構成することができる。この場合、所定角度（θ）を大きく設定して選択される画素の数を減らすことができる。また、指の輪郭線に沿って１画素ずつを追跡しながら、（α）個の画素を隔てた画素ごとに画素ＩＤを連番で付与するように構成することもできる。この場合も値（α）を大きく設定するほど選択される画素数が減少する。
【００２６】
次に、図７（ａ）に示すように、認証用データ生成部３０が、追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素について、各画素と基準点Ｄとの離間距離を算出する（ステップ１０８）。本実施形態における離間距離は、ピクセル距離として算出することができる。図７（ｂ）は、画素ＩＤと算出したピクセル距離との関係をプロットした図を示す。
【００２７】
次に、認証用データ生成部３０が、認証用データとして、算出したピクセル距離と画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成する（ステップ１０９）。図８は、生成されたテーブル（認証用データ）を例示する。ここで、生成される認証用データの個人識別性は、シール１２が貼付される位置のランダム性に本質的に依存する。さらに加えて、指の輪郭線の形状は、個体によってかなりの分散が見込めるものであるから、シール１２の相対的な貼付位置と指の輪郭線の形状に基づいて決定される二次情報である本実施形態の認証用データのランダム性はさらに増大する。このランダム性は、指紋などのように厳密な一意性を保証するものではないが、認証対象が数千人規模の用途において、必要十分な個人識別性を担保する。なお、本実施形態においては、図５（ａ）に示した画素Ｐ１と画素Ｐ２を結ぶ直線領域の各画素と基準点Ｄとの離間距離を認証用データの生成に使用しないこともできる。
【００２８】
ステップ１０９において認証用データが生成されると、ステップ１１０に進んでモードが判断され、登録モードにおいては、生成されたテーブルが登録ユーザの登録データとして登録データ管理部４０に登録され（ステップ１１１）、処理を終了する。一方、認証モードの場合においては、生成されたテーブルが照会データとして認証部５０に提供され、一時的に保存される（ステップ１１２）。なお、認証用データを生成するために用いた一次情報（指の画像や輪郭線の座標情報）は、唯一性が低く個人を特定することのできない生体情報であるため、個人情報保護法上の問題を生じさせるものではないが、本実施形態においては、プライバシーの問題に配慮して、認証用データが生成された後、ただちに、一次情報を削除するように構成することが好ましい。
【００２９】
ただし、一次情報を削除したとしても、テーブルの情報から指の輪郭線を再現することは不可能ではない。したがって、さらに好ましい実施形態においては、図５（ａ）に示した追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素についてピクセル距離を算出するのではなく、一定以上の間隔をもって互いに離間したごく一部の画素についてのみピクセル距離を算出することが好ましい。このよう構成することによって、テーブルの情報からは、元の指の形状を推察できない程度にまで離散した複数の点しか再現できなくなり、指の形状を他人に知られることがなくなるので、プライバシーの問題が完全にクリアされる。
【００３０】
次に、認証部５０が照会データと登録データ管理部４０に登録された全ての登録データの間の相関係数を算出する（ステップ１１３）。その結果、所定の閾値よりも大きい相関係数を有する登録データが検出された場合には（ステップ１１４，Ｙｅｓ）、認証が成功した旨を認証結果出力部６０に通知して（ステップ１１５）、処理を終了する。一方、所定の閾値よりも大きい相関係数を導出する登録データが見つからなかった場合には（ステップ１１４，Ｎｏ）、認証が失敗した旨を認証結果出力部６０に通知して（ステップ１１６）、処理を終了する。
【００３１】
以上、説明したように、本発明の個人認証方法は、利用者の身体の一部である指を利用するため利便性が高く、且つ、使用する生体情報が指の輪郭線の形状であり、それ自体に個人識別性が無いため、利用者に心理的な抵抗感を与えない。また、本発明においては、生体情報が単独で盗まれたとしても、そこから認証用データを再現することは実質的に不可能であり、万が一、認証用データ自体が盗まれた場合であっても、シールを貼り直すだけで古い認証用データをキャンセルし、新たな認証用データを再登録することができるので、利用者はその後も継続してシステムを利用することができる。
【００３２】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば、被認証者の爪に貼付するシールについては、図９に示すような実施形態をも含むものである。図９（ａ）に示す実施形態においては、シール１２に色の異なる３つの描点１４（赤・青・黒）が印刷されている。この場合、先に説明したのと同様に、描点１４（赤）および描点１４（青）に基づいて追跡始点Ｓと基準点Ｄを定義する一方、残りの描点１４（黒）を撮像系に対する爪の傾きを補正するために利用することができる。
【００３３】
図９（ｂ）に示す別の実施形態においては、シール１２に描点１４がひとつだけ印刷されている。この場合、描点１４の代表画素を基準点Ｄとして定義する一方、追跡始点Ｓについては適切な規則に従って定義する。たとえば、指の輪郭線を構成する画素のうち、最大のＸ座標値を有する画素を追跡始点Ｓとして定義したり、基準点Ｄと同じ値のＸ座標値を有する画素を追跡始点Ｓとして定義したりすることができる。
【００３４】
また、上述した実施形態においては、２つの描点の色を異ならせることによって両者を区別する構成について説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではなく、２つの描点の大きさや形状を異ならせることによって両者を区別するように構成してもよい。さらに、本発明においては、蛍光塗料によって印刷された描点に対して可視光以外の光を照射し、その発光輝度に基づいて描点を抽出するように構成することもできる。また、本発明においては、インクジェット装置などを使用して描点を指の爪に対して直接描画するように構成することもできる。その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の認証システムについて、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。
【００３６】
本発明の認証システムについて、以下の手順で検証実験を行った。
【００３７】
（本人受入／他人拒否についての検証）
２．５ｍｍの間隔を開けて２つの描点（赤・青）を印刷したシールを用意し、被験者Ａに親指の爪の好きな位置にシールを貼るように指示した。その後、シールが貼付された親指を撮影し、取得したデジタル画像に基づいて登録データを生成した。図１０（ａ）は、登録データの元となった画像を示す。
【００３８】
続いて、被験者Ａの同じ親指を、撮影の度に親指を撮影部にセットし直してもらう形で４回にわたって撮影した。そのようにして取得した４つのデジタル画像に基づいて４つの照会データを生成し、各照会データと登録データの間の相関係数を計算した。図１０（ｂ）〜（ｅ）は、各照会データの元となった画像を相関係数とともに示す。
【００３９】
次に、４人の被験者Ｂ〜Ｅに対して被験者Ａの登録データの元となった画像（図１１（ａ）に示す）をお手本として示し、これに倣って親指の爪にシールを貼るように指示した。その後、シールが貼付された被験者Ｂ〜Ｅの親指を撮影した。そのようにして取得した４つのデジタル画像に基づいて各人の照会データを生成し、被験者Ｂ〜Ｅの各照会データと被験者Ａの登録データの間の相関係数を計算した。図１１（ｂ）〜（ｅ）は、被験者Ｂ〜Ｅの照会データの元となった画像を相関係数とともに示す。
【００４０】
上述した実験結果により、本実施例のシステムにおいては、相関係数の閾値ｋに適切な値（例えば、ｋ＝０．９９５）を設定することによって、本人受入と他人拒否を同時に実現できることが実証された。
【００４１】
（なりすまし耐性の検証）
図１０（ａ）に示した被験者Ａの親指の輪郭線を利用して、以下の手順でシミュレーションを行った。まず、図１２（ａ）に示すように、基準点Ｄと追跡始点Ｓを任意の位置に定義して認証用データを生成してこれを登録データとした。次に、追跡始点Ｓについては固定したままで、基準点Ｄの位置を初期位置からｘ軸方向に１ピクセルずつ移動させ、その都度、各位置における認証用データを生成した。同様に、基準点Ｄの位置を初期位置からｙ軸方向に１ピクセルずつ移動させ、その都度、各位置における認証用データを生成した。図１２（ｂ）は、上述した手順で生成した各認証用データと登録データの間の相関係数と、基準点Ｄのずれの度合い（ピクセル距離）の関係を移動軸方向ごとに示した図である。
【００４２】
ここで、本人と他人を識別するための閾値ｋを「０．９９５」として、図１２（ｂ）を参照すると、基準点が初期位置から、ｘ軸方向に１１ピクセル（実寸で０．５５ｍｍ）以上ずれると本人とは認証されず、ｙ軸方向に１０ピクセル（実寸で０．５ｍｍ）以上ずれると本人とは認証されないことがわかる。
【００４３】
さらに、図１３（ａ）に示すように、基準点Ｄを起点として初期方向に伸びる線分と指の輪郭線の交点にある画素を追跡始点Ｓの初期位置として定義した後、固定した基準点Ｄを中心に反時計回りに1°ずつ回転させた上記線分と指の輪郭線の交点にある画素を新たな追跡始点Ｓとして定義した。そして、定義された複数の追跡始点Ｓに基づいて複数の認証用データを生成した。図１３（ｂ）は、上述した手順で生成した各認証用データと登録データの間の相関係数と、初期方向に伸びる線分からのずれ（角度θ）の関係を示した図である。ここで、本人と他人を識別するための閾値ｋを「０．９９５」として、図１３（ｂ）を参照すると、追跡始点Ｓの初期位置と基準点Ｄを結ぶ線分からのずれが角度にして５°ずれると本人とは認証されないことがわかる。
【００４４】
ここで、シールの貼付範囲を５．０×５．０ｍｍ四方と想定すると、上述したシミュレーションの結果から、ランダムに貼ったシールによって定義される基準点Ｄが本人のそれと実質的に一致する確率は、（０．５５×０．５）ｍｍ２／（５×５）ｍｍ２＝１／９０となり、ランダムに貼ったシールによって定義される追跡始点Ｄが本人のそれと実質的に一致する確率は、５°／３６０°＝１／７２となる。したがって、本人の指を完全に再現した人工指の爪に対してシールを貼ることによって本人になりすますことができる確率は、１／９０×１／７２＝１／６４８０となる。上述した結果により、仮に、本人の指の画像が単独で盗まれたとしても、そこから認証用データを再現することは実質的に不可能であるといえる。
【００４５】
（追跡画素の数と個人識別性の関係）
先の実験で取得した被験者Ａ〜Ｅの情報に基づいて、認証用データの生成に用いる追跡画素の数を減らした場合の影響について検証した。なお、本検証においては、（α）個の画素を隔てた画素ごとに画素ＩＤを連番で付与する方式で追跡画素数を減らした。図１４は、登録データと照会データの間の相関係数と、追跡画素群Ｏ′の全画素数に対する計算に使用した画素数の割合（％）との関係を被験者ごとに示した図である。図１４に示されるように、画素数を全体の０．５６％（この場合、画素数＝８個）まで減らした場合においても、被験者Ａ（１回目〜４回目）の照会データの相関係数は、被験者Ｂ〜Ｅの照会データの相関係数より有意な差をもって大きくなることが示された。この結果より、本発明においては、認証用データの生成において必ずしも追跡画素群Ｏ′の全画素を使用する必要はないことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上、説明したように、本発明によれば、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新規な個人認証方法及びシステムが提供される。本発明は、これまで、生体認証の導入が敬遠されていた商業施設・宿泊施設・アミューズメント施設などでも抵抗なく受け入れられるであろう。たとえば、本発明をホテルなどの宿泊施設に適用すれば、宿泊客はチェックインの際、フロントで渡されたシールを爪に貼付して登録するだけで、ＩＣカードなどを持ち歩かなくても部屋の入室や施設内での会計が可能になり、宿泊客の利便性が飛躍的に向上する。
【符号の説明】
【００４７】
１０…撮像部
１１…高画質デジタルカメラ
１２…シール
１４…描点
２０…画像入力ＩＦ
３０…認証用データ生成部
４０…登録データ管理部
５０…認証部
６０…認証結果出力部
１００…個人認証システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人認証技術に関し、より詳細には、生体情報を使用したキャンセラブルな個人認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、広く採用されている個人認証方法として、パスワードなどの本人しか知り得ない情報を利用する記憶認証やＩＤカードなどを利用する所有認証が挙げられるが、これらの方法には、悪意の第三者がパスワードを盗用したりＩＤカードを偽造したりすることで容易になりすまされるという問題があった。この問題に対して、指紋や静脈パターンなどの生体情報を利用する生体認証が提案されたことにより、なりすましの問題は解決されたかに見えた。なぜなら、人体と一体不可分である生体情報の紛失や盗難は理論上起こり得ず、生体情報を偽造したり盗用したりすることはできないと考えていたからである。
【０００３】
ところが、最近になって、残留指紋を写し取った人工指を使ってなりすましに成功した事例が報告され、生体認証のなりすまし攻撃に対する脆弱性が指摘されるようになった。仮に、生体情報が悪意の第三者によって偽造・盗用された場合、生体認証システムには、生体情報を使用するがゆえの運用上の問題が発生する。つまり、指紋などの生体情報は、個体において終生不変であるがゆえにこれを更新することができず、生体情報を偽造・盗用された利用者は、結果的にそのシステムを二度と利用することができなくなるのである。
【０００４】
さらに、生体認証には、個人情報の問題が絡んでくる。現在、使用されている指紋や静脈パターンなどの生体情報は、個人を特定することのできる情報であるため、システム運用者には個人情報保護法上の管理責任が生じる。また、そのような個人情報を他人に委ねることに一抹の不安を感じる人は少なくなく、特に、指紋照合は、犯罪捜査を連想させるため心理的な抵抗感が大きい。このような心理的要因により、特に、一見の出先の施設（例えば、商業施設、宿泊施設、アミューズメント施設など）において生体認証システムが受け入れられにくいことは想像に難くない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一方で、生体認証には、パスワードを覚えたり、ＩＤカードを持ち歩いたりする必要がないという捨てがたい利便性があるのも事実である。本発明は、上述した点に鑑みてなされたものであり、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新たな個人認証方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者は、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新規な個人認証方法につき鋭意検討した結果、認証用データとして、唯一性の低い生体情報である指の輪郭線と当該指の爪に貼付したシールの位置情報から事後的に再現不可能な二次情報を生成する構成に想到し、本発明に至ったのである。
【０００７】
すなわち、本発明によれば、個人認証を行う方法であって、描点が印刷されたシールを指の爪に貼付した被認証者の該指のデジタル画像を取得するステップと、前記デジタル画像から前記指の輪郭線を抽出するステップと、前記デジタル画像から前記描点を抽出するステップと、前記描点に基づいて基準点を定義するステップと、前記描点に基づいて追跡始点を定義するステップと、前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するステップと、前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するステップと、認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成するステップと、被認証者の前記認証用データと登録ユーザの前記認証用データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断するステップとを含む、個人認証方法が提供される。また、本発明によれば、コンピュータに対して上記個人認証方法の各ステップを実行させるためのコンピュータ実行可能なプログラムが提供される。さらに、本発明によれば、被認証者の指のデジタル画像を取得するための撮像部と、前記デジタル画像から認証用データを生成する認証用データ生成部と、登録ユーザの前記認証用データを登録データとして管理する登録データ管理部と、被認証者の前記認証用データと前記登録データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断する認証部とを含む個人認証システムであって、前記認証用データ生成部は、前記デジタル画像から前記指の輪郭線および該指の爪に貼付されたシールに印刷された描点を抽出するための機能手段と、前記描点に基づいて基準点を定義するための機能手段と、前記描点に基づいて追跡始点を定義するための機能手段と、前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するための機能手段と、前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するための機能手段と、前記認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成する機能手段とを含む個人認証装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
上述したように、本発明によれば、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新規な個人認証方法及びシステムが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の前提事項を説明するための図。
【図２】本実施形態の個人認証システムの機能ブロック図。
【図３】本実施形態の個人認証システムが実行する処理のフローチャート。
【図４】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図５】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図６】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図７】本実施形態における認証用データ生成部が実行する処理を説明するための図。
【図８】本実施形態における認証用データ（テーブル）を示す図。
【図９】本実施形態におけるシールの実施形態を示す図。
【図１０】本人受入／他人拒否についての検証実験の結果を示す図。
【図１１】本人受入／他人拒否についての検証実験の結果を示す図。
【図１２】なりすまし耐性のシミュレーション結果を示す図。
【図１３】なりすまし耐性のシミュレーション結果を示す図。
【図１４】追跡画素の数と個人識別性の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を図面に示した実施の形態をもって説明するが、本発明は、図面に示した実施の形態に限定されるものではない。なお、以下に参照する各図においては、共通する要素について同じ符号を用い、適宜、その説明を省略するものとする。
【００１１】
最初に、本発明の個人認証システムにおける前提条件について説明する。本発明の個人認証システムの利用者は、システムの提供者から渡される所定のシールを指の爪に貼ることを要請される。図１（ａ）は、本発明におけるシールの実施形態であるシール１２を拡大して示す。シール１２は、人の指の爪の大きさに対してごく小さなシールとして構成される。なお、図１（ａ）には、長方形のシール１２を示したが、シールの形状はこれに限定されるものではなく、円、楕円、その他のどのような形状であってもよい。
【００１２】
シール１２には２つの描点が印刷されている。ここで、各描点は、互いに異なる色で印刷される。図１（ａ）に示す例においては、赤色の描点１４ｒと青色の描点１４ｂが所定間隔をもって印刷されている。各描点が互いに異なる色で印刷されるのは、後の画像抽出処理に鑑みてのことであり、色の組み合わせは、赤と青に限定されるものではなく、色の距離が適切に離れていればどのような組み合わせであってもよい。また、描点が印刷されるシール１２の表面基材の色は、描点と色の距離が大きく離れていることが好ましく、白などの明度の高い色を採用することが好ましい。
【００１３】
本発明の個人認証システムの利用者は、システムの提供者から渡されたシール１２を指の爪に貼る。この際、シールの貼り方については、利用者の自由に委ねられる。その結果、図１（ｂ）に示すように、利用者の指におけるシール１２の相対的な貼付位置にランダム性が発生することになる。上述した事項を前提とした上で、本発明の個人認証システムについて説明を始める。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態である個人認証システム１００の機能ブロック図を示す。図２に示されるように、本実施形態の個人認証システム１００は、撮像部１０と、画像入力ＩＦ２０と、認証用データ生成部３０と、登録データ管理部４０と、認証部５０と、認証結果出力部６０とを含んで構成されている。撮像部１０は、３ＣＣＤカメラなどの高画質デジタルカメラ１１を含んで構成され、被認証者の指（すなわち、爪の生えている面）のＲＧＢデジタル画像を取得する。撮像部１０が取得したデジタル画像は、画像入力ＩＦ２０を介して認証用データ生成部３０に転送される。認証用データ生成部３０は、被認証者の指のデジタル画像から認証用データを生成する。生成された認証用データは、登録モードにおいては、被認証者を認証するための登録データとして登録データ管理部４０に登録され、認証モードにおいては、照合データとして認証部５０に提供される。認証部５０は、照合データと登録データ管理部４０に登録される各登録データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断し、その結果を認証結果出力部６０に通知する。認証結果出力部６０は、認証結果を出力手段に応じた適切な出力データを変換して出力する。
【００１５】
以上、本実施形態の個人認証システム１００の基本構成について概略的に説明してきたが、次に、個人認証システム１００が実行する処理について図３を参照しながら具体的に説明する。なお、以下の説明においては、適宜、図２を併せて参照するものとする。
【００１６】
図３は、個人認証システム１００が実行する処理のフローチャートを示す。まず、撮像部１０が、被認証者の指（すなわち、爪の生えている面）のデジタル画像を取得する（ステップ１０１）。図４（ａ）は、撮像部１０が取得したデジタル画像を示す。デジタル画像には、爪にシール１２を貼付した被認証者の指の第一関節から先の部分が写っている。なお、シール１２には、図４（ａ）の右側に拡大して示すように、赤色の描点１４ｒと青色の描点１４ｂが印刷されている。
【００１７】
次に、認証用データ生成部３０が、図４（ａ）に示すデジタル画像から指の輪郭線を取得する（ステップ１０２）。具体的には、取得したデジタル画像に対して二値化処理、ノイズ除去処理を施した後、ラプラシアンフィルタを用いてエッジ画素を抽出する。次に、抽出したエッジ画素に対して細線化処理を施すことによって、図４（ｂ）に示すように、指の輪郭線Ｏを１ピクセルの太さで抽出する。
【００１８】
次に、認証用データ生成部３０が、指の輪郭線Ｏに基づいて追跡画素群Ｏ′を定義する（ステップ１０３）。具体的には、指の輪郭線Ｏを構成する画素のＸ座標値の最大値[Ｘmax]を特定した後、最大値[Ｘmax]から所定値[Ｗ]を減じた値[Ｘmax-Ｗ]をＸ座標値に持つ２つの画素、すなわち、Ｐ１（Ｘmax-Ｗ，Ｙ１）およびＰ２（Ｘmax-Ｗ，Ｙ２）を特定する。最後に、指の輪郭線Ｏを構成する画素のうちＸ座標値が[Ｘmax-Ｗ]より小さい画素を全て削除した上で、画素Ｐ１と画素Ｐ２を接続する直線を定義する。その結果、図５（ａ）に示すような追跡画素群Ｏ′が定義される。
【００１９】
次に、認証用データ生成部３０が、シール１２に印刷された２つの描点１４ｒ，１４ｂの代表座標値を決定する（ステップ１０４）。具体的には、まず、図４（ａ）に示すデジタル画像からシール１２に印刷された描点１４ｒおよび描点１４ｂを構成する画素を取得する。ここで、描点１４ｒおよび描点１４ｂは、それぞれが異なる色（赤色および青色）で印刷されているので、描点１４ｒおよび描点１４ｂの画像をＲＧＢ値（あるいは輝度値)に基づいて別々に抽出することができる。なお、各描点の画像の抽出処理は、適切な色抽出フィルタ等を用いて行うことができる。
【００２０】
ここで、抽出された描点１４の画像は、一般に、複数の画素から構成される。したがって、本実施形態においては、所定の規則に従って、描点１４の代表座標値を決定する。代表座標値を決定する規則の一例について、図６に基づいて説明する。まず、描点１４を構成する画素のＸ座標値の最大値[Ｘmax]と最小値[Ｘmin]を取得してその平均値[Ｘave]を求め、平均値[Ｘave]をＸ座標値の代表値とする。なお、座標値の平均値が整数として求められるよう、切り捨てあるいは切り上げなど規則を設ける。同じく、描点１４を構成する画素のＹ座標値の最大値[Ｙmax]と最小値[Ｙmin]を取得してその平均値[Ｙave]を求め、平均値[Ｙave]をＹ座標値の代表値とする。最後に、描点１４の代表座標値を（Ｘave,
Ｙave）として決定する。
【００２１】
次に、認証用データ生成部３０が、描点１４の代表座標値に基づき適切な規則に従って基準点Ｄを定義する（ステップ１０５）。ここで、基準点を定義する規則は種々想定することができ、特に限定するものではないが、最も簡単な例としては、代表画素Ｒあるいは代表画素Ｂのいずれか一方を基準点Ｄとする規則を挙げることができる。その他、代表画素Ｒと代表画素Ｂを結ぶ線分上のいずれかの画素（たとえば中点）を基準点Ｄとしたり、代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線上のいずれかの画素（たとえば、代表画素から所定のピクセル距離離間した画素）を基準点Ｄとしたりする規則が考えられる。ここで、代表画素とは、代表座標値に対応する画素をいうものとする。図５（ａ）に示す例においては、描点１４ｒの代表画素Ｒと描点１４ｂの代表画素Ｂを結ぶ線分の中点を基準点Ｄとして定義している。
【００２２】
次に、認証用データ生成部３０が、描点１４の代表座標値に基づいて追跡始点Ｓを定義する（ステップ１０６）。具体的には、基準点Ｄを通る直線を定義した上で、追跡画素群Ｏ′を構成する画素のうち、定義された直線上に存在する画素を追跡始点Ｓとして定義する。なお、本実施形態においては、上述した基準点Ｄを通る直線は、代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線と所定の角度をなす直線として定義することができる。
【００２３】
図５（ａ）は、最も簡単な例として、追跡画素群Ｏ′を構成する画素のうち、基準点Ｄと代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線（すなわち、基準点Ｄを通る直線であって代表画素Ｒと代表画素Ｂを通る直線と０°の角度をなす直線）の上に存在する画素を追跡始点Ｓとして定義している。なお、基準点Ｄを通る直線上は、追跡画素群Ｏ′と２カ所で交わるので、所定の規則に従って、いずれか一方の画素を追跡始点Ｓとして定義する。本実施形態においては、図５（ｂ）に示すように、代表画素Ｒから代表画素Ｂに向って延長線上に存在する画素を追跡始点Ｓとして定義している。
【００２４】
次に、図５（ｃ）に示すように、認証用データ生成部３０が、追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素に対して、追跡始点Ｓから順番に画素ＩＤを連番付与する（ステップ１０７）。この場合、画素ＩＤを付与する順番として、時計回りおよび反時計回りの二通りの順番が想定されるので、所定の規則に従って、画素ＩＤを付与する順番を規定しておく。図５（ｃ）に示す例においては、追跡始点Ｓから反時計回りの順番でＩＤを連番付与する旨が規定されている。
【００２５】
なお、他の実施形態においては、追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素に画素ＩＤを連番付与するのではなく、所定の規則に則って選択された一部の画素についてのみ画素ＩＤを連番付与することもできる。たとえば、基準点Ｄと追跡始点Ｓを通って延びる線を定義した後、その線を、基準点Ｄを回転中心として所定角度（θ）ずつ一定方向に回転移動させ、移動した線と指の輪郭線の交点にある画素についてのみ画素ＩＤを連番で付与するように構成することができる。この場合、所定角度（θ）を大きく設定して選択される画素の数を減らすことができる。また、指の輪郭線に沿って１画素ずつを追跡しながら、（α）個の画素を隔てた画素ごとに画素ＩＤを連番で付与するように構成することもできる。この場合も値（α）を大きく設定するほど選択される画素数が減少する。
【００２６】
次に、図７（ａ）に示すように、認証用データ生成部３０が、追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素について、各画素と基準点Ｄとの離間距離を算出する（ステップ１０８）。本実施形態における離間距離は、ピクセル距離として算出することができる。図７（ｂ）は、画素ＩＤと算出したピクセル距離との関係をプロットした図を示す。
【００２７】
次に、認証用データ生成部３０が、認証用データとして、算出したピクセル距離と画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成する（ステップ１０９）。図８は、生成されたテーブル（認証用データ）を例示する。ここで、生成される認証用データの個人識別性は、シール１２が貼付される位置のランダム性に本質的に依存する。さらに加えて、指の輪郭線の形状は、個体によってかなりの分散が見込めるものであるから、シール１２の相対的な貼付位置と指の輪郭線の形状に基づいて決定される二次情報である本実施形態の認証用データのランダム性はさらに増大する。このランダム性は、指紋などのように厳密な一意性を保証するものではないが、認証対象が数千人規模の用途において、必要十分な個人識別性を担保する。なお、本実施形態においては、図５（ａ）に示した画素Ｐ１と画素Ｐ２を結ぶ直線領域の各画素と基準点Ｄとの離間距離を認証用データの生成に使用しないこともできる。
【００２８】
ステップ１０９において認証用データが生成されると、ステップ１１０に進んでモードが判断され、登録モードにおいては、生成されたテーブルが登録ユーザの登録データとして登録データ管理部４０に登録され（ステップ１１１）、処理を終了する。一方、認証モードの場合においては、生成されたテーブルが照会データとして認証部５０に提供され、一時的に保存される（ステップ１１２）。なお、認証用データを生成するために用いた一次情報（指の画像や輪郭線の座標情報）は、唯一性が低く個人を特定することのできない生体情報であるため、個人情報保護法上の問題を生じさせるものではないが、本実施形態においては、プライバシーの問題に配慮して、認証用データが生成された後、ただちに、一次情報を削除するように構成することが好ましい。
【００２９】
ただし、一次情報を削除したとしても、テーブルの情報から指の輪郭線を再現することは不可能ではない。したがって、さらに好ましい実施形態においては、図５（ａ）に示した追跡画素群Ｏ′を構成する全ての画素についてピクセル距離を算出するのではなく、一定以上の間隔をもって互いに離間したごく一部の画素についてのみピクセル距離を算出することが好ましい。このよう構成することによって、テーブルの情報からは、元の指の形状を推察できない程度にまで離散した複数の点しか再現できなくなり、指の形状を他人に知られることがなくなるので、プライバシーの問題が完全にクリアされる。
【００３０】
次に、認証部５０が照会データと登録データ管理部４０に登録された全ての登録データの間の相関係数を算出する（ステップ１１３）。その結果、所定の閾値よりも大きい相関係数を有する登録データが検出された場合には（ステップ１１４，Ｙｅｓ）、認証が成功した旨を認証結果出力部６０に通知して（ステップ１１５）、処理を終了する。一方、所定の閾値よりも大きい相関係数を導出する登録データが見つからなかった場合には（ステップ１１４，Ｎｏ）、認証が失敗した旨を認証結果出力部６０に通知して（ステップ１１６）、処理を終了する。
【００３１】
以上、説明したように、本発明の個人認証方法は、利用者の身体の一部である指を利用するため利便性が高く、且つ、使用する生体情報が指の輪郭線の形状であり、それ自体に個人識別性が無いため、利用者に心理的な抵抗感を与えない。また、本発明においては、生体情報が単独で盗まれたとしても、そこから認証用データを再現することは実質的に不可能であり、万が一、認証用データ自体が盗まれた場合であっても、シールを貼り直すだけで古い認証用データをキャンセルし、新たな認証用データを再登録することができるので、利用者はその後も継続してシステムを利用することができる。
【００３２】
以上、本発明について実施形態をもって説明してきたが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、たとえば、被認証者の爪に貼付するシールについては、図９に示すような実施形態をも含むものである。図９（ａ）に示す実施形態においては、シール１２に色の異なる３つの描点１４（赤・青・黒）が印刷されている。この場合、先に説明したのと同様に、描点１４（赤）および描点１４（青）に基づいて追跡始点Ｓと基準点Ｄを定義する一方、残りの描点１４（黒）を撮像系に対する爪の傾きを補正するために利用することができる。
【００３３】
図９（ｂ）に示す別の実施形態においては、シール１２に描点１４がひとつだけ印刷されている。この場合、描点１４の代表画素を基準点Ｄとして定義する一方、追跡始点Ｓについては適切な規則に従って定義する。たとえば、指の輪郭線を構成する画素のうち、最大のＸ座標値を有する画素を追跡始点Ｓとして定義したり、基準点Ｄと同じ値のＸ座標値を有する画素を追跡始点Ｓとして定義したりすることができる。
【００３４】
また、上述した実施形態においては、２つの描点の色を異ならせることによって両者を区別する構成について説明してきたが、本発明は、これに限定されるものではなく、２つの描点の大きさや形状を異ならせることによって両者を区別するように構成してもよい。さらに、本発明においては、蛍光塗料によって印刷された描点に対して可視光以外の光を照射し、その発光輝度に基づいて描点を抽出するように構成することもできる。また、本発明においては、インクジェット装置などを使用して描点を指の爪に対して直接描画するように構成することもできる。その他、当業者が推考しうる実施態様の範囲内において、本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の認証システムについて、実施例を用いてより具体的に説明を行なうが、本発明は、後述する実施例に限定されるものではない。
【００３６】
本発明の認証システムについて、以下の手順で検証実験を行った。
【００３７】
（本人受入／他人拒否についての検証）
２．５ｍｍの間隔を開けて２つの描点（赤・青）を印刷したシールを用意し、被験者Ａに親指の爪の好きな位置にシールを貼るように指示した。その後、シールが貼付された親指を撮影し、取得したデジタル画像に基づいて登録データを生成した。図１０（ａ）は、登録データの元となった画像を示す。
【００３８】
続いて、被験者Ａの同じ親指を、撮影の度に親指を撮影部にセットし直してもらう形で４回にわたって撮影した。そのようにして取得した４つのデジタル画像に基づいて４つの照会データを生成し、各照会データと登録データの間の相関係数を計算した。図１０（ｂ）〜（ｅ）は、各照会データの元となった画像を相関係数とともに示す。
【００３９】
次に、４人の被験者Ｂ〜Ｅに対して被験者Ａの登録データの元となった画像（図１１（ａ）に示す）をお手本として示し、これに倣って親指の爪にシールを貼るように指示した。その後、シールが貼付された被験者Ｂ〜Ｅの親指を撮影した。そのようにして取得した４つのデジタル画像に基づいて各人の照会データを生成し、被験者Ｂ〜Ｅの各照会データと被験者Ａの登録データの間の相関係数を計算した。図１１（ｂ）〜（ｅ）は、被験者Ｂ〜Ｅの照会データの元となった画像を相関係数とともに示す。
【００４０】
上述した実験結果により、本実施例のシステムにおいては、相関係数の閾値ｋに適切な値（例えば、ｋ＝０．９９５）を設定することによって、本人受入と他人拒否を同時に実現できることが実証された。
【００４１】
（なりすまし耐性の検証）
図１０（ａ）に示した被験者Ａの親指の輪郭線を利用して、以下の手順でシミュレーションを行った。まず、図１２（ａ）に示すように、基準点Ｄと追跡始点Ｓを任意の位置に定義して認証用データを生成してこれを登録データとした。次に、追跡始点Ｓについては固定したままで、基準点Ｄの位置を初期位置からｘ軸方向に１ピクセルずつ移動させ、その都度、各位置における認証用データを生成した。同様に、基準点Ｄの位置を初期位置からｙ軸方向に１ピクセルずつ移動させ、その都度、各位置における認証用データを生成した。図１２（ｂ）は、上述した手順で生成した各認証用データと登録データの間の相関係数と、基準点Ｄのずれの度合い（ピクセル距離）の関係を移動軸方向ごとに示した図である。
【００４２】
ここで、本人と他人を識別するための閾値ｋを「０．９９５」として、図１２（ｂ）を参照すると、基準点が初期位置から、ｘ軸方向に１１ピクセル（実寸で０．５５ｍｍ）以上ずれると本人とは認証されず、ｙ軸方向に１０ピクセル（実寸で０．５ｍｍ）以上ずれると本人とは認証されないことがわかる。
【００４３】
さらに、図１３（ａ）に示すように、基準点Ｄを起点として初期方向に伸びる線分と指の輪郭線の交点にある画素を追跡始点Ｓの初期位置として定義した後、固定した基準点Ｄを中心に反時計回りに1°ずつ回転させた上記線分と指の輪郭線の交点にある画素を新たな追跡始点Ｓとして定義した。そして、定義された複数の追跡始点Ｓに基づいて複数の認証用データを生成した。図１３（ｂ）は、上述した手順で生成した各認証用データと登録データの間の相関係数と、初期方向に伸びる線分からのずれ（角度θ）の関係を示した図である。ここで、本人と他人を識別するための閾値ｋを「０．９９５」として、図１３（ｂ）を参照すると、追跡始点Ｓの初期位置と基準点Ｄを結ぶ線分からのずれが角度にして５°ずれると本人とは認証されないことがわかる。
【００４４】
ここで、シールの貼付範囲を５．０×５．０ｍｍ四方と想定すると、上述したシミュレーションの結果から、ランダムに貼ったシールによって定義される基準点Ｄが本人のそれと実質的に一致する確率は、（０．５５×０．５）ｍｍ２／（５×５）ｍｍ２＝１／９０となり、ランダムに貼ったシールによって定義される追跡始点Ｄが本人のそれと実質的に一致する確率は、５°／３６０°＝１／７２となる。したがって、本人の指を完全に再現した人工指の爪に対してシールを貼ることによって本人になりすますことができる確率は、１／９０×１／７２＝１／６４８０となる。上述した結果により、仮に、本人の指の画像が単独で盗まれたとしても、そこから認証用データを再現することは実質的に不可能であるといえる。
【００４５】
（追跡画素の数と個人識別性の関係）
先の実験で取得した被験者Ａ〜Ｅの情報に基づいて、認証用データの生成に用いる追跡画素の数を減らした場合の影響について検証した。なお、本検証においては、（α）個の画素を隔てた画素ごとに画素ＩＤを連番で付与する方式で追跡画素数を減らした。図１４は、登録データと照会データの間の相関係数と、追跡画素群Ｏ′の全画素数に対する計算に使用した画素数の割合（％）との関係を被験者ごとに示した図である。図１４に示されるように、画素数を全体の０．５６％（この場合、画素数＝８個）まで減らした場合においても、被験者Ａ（１回目〜４回目）の照会データの相関係数は、被験者Ｂ〜Ｅの照会データの相関係数より有意な差をもって大きくなることが示された。この結果より、本発明においては、認証用データの生成において必ずしも追跡画素群Ｏ′の全画素を使用する必要はないことが示された。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
以上、説明したように、本発明によれば、生体認証の利便性を維持しつつ、システム運用上の問題や被認証者の心理的問題を最小化しうる新規な個人認証方法及びシステムが提供される。本発明は、これまで、生体認証の導入が敬遠されていた商業施設・宿泊施設・アミューズメント施設などでも抵抗なく受け入れられるであろう。たとえば、本発明をホテルなどの宿泊施設に適用すれば、宿泊客はチェックインの際、フロントで渡されたシールを爪に貼付して登録するだけで、ＩＣカードなどを持ち歩かなくても部屋の入室や施設内での会計が可能になり、宿泊客の利便性が飛躍的に向上する。
【符号の説明】
【００４７】
１０…撮像部
１１…高画質デジタルカメラ
１２…シール
１４…描点
２０…画像入力ＩＦ
３０…認証用データ生成部
４０…登録データ管理部
５０…認証部
６０…認証結果出力部
１００…個人認証システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
個人認証を行う方法であって、
描点が印刷されたシールを指の爪に貼付した被認証者の該指のデジタル画像を取得するステップと、
前記デジタル画像から前記指の輪郭線を抽出するステップと、
前記デジタル画像から前記描点を抽出するステップと、
前記描点に基づいて基準点を定義するステップと、
前記描点に基づいて追跡始点を定義するステップと、
前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するステップと、
前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するステップと、
認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成するステップと、
被認証者の前記認証用データと登録ユーザの前記認証用データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断するステップと、
を含む、個人認証方法。
【請求項２】
前記シールには、少なくとも２つの描点が印刷され、
前記基準点を定義するステップは、前記２つの描点を通る直線上の画素を基準点として定義するステップである、請求項２に記載の個人認証方法。
【請求項３】
前記２つの描点を結ぶ線分の中点を前記基準点として定義する、請求項３に記載の個人認証方法。
【請求項４】
前記追跡始点を定義するステップは、前記指の輪郭線を構成する画素のうち、前記基準点を通る直線上に存在する画素を前記追跡始点として定義するステップであり、前記直線は、前記２つの描点を通る直線と所定の角度をなす、請求項２または３に記載の個人認証方法。
【請求項５】
前記追跡始点を定義するステップは、前記指の輪郭線を構成する画素のうち、前記２つの描点を通る直線上に存在する画素を前記追跡始点として定義するステップである、
請求項４に記載の個人認証方法。
【請求項６】
前記２つの描点は、互いに異なる色で印刷され、
前記デジタル画像から前記描点を抽出するステップは、ＲＧＢ値に基づいて前記２つの描点をそれぞれ別々に抽出するステップである、
請求項２に記載の個人認証方法。
【請求項７】
コンピュータに対して請求項１〜６のいずれか一項に記載の個人認証方法の各ステップを実行させるためのコンピュータ実行可能なプログラム。
【請求項８】
被認証者の指のデジタル画像を取得するための撮像部と、
前記デジタル画像から認証用データを生成する認証用データ生成部と、
登録ユーザの前記認証用データを登録データとして管理する登録データ管理部と、
被認証者の前記認証用データと前記登録データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断する認証部と
を含む個人認証システムであって、
前記認証用データ生成部は、
前記デジタル画像から前記指の輪郭線および該指の爪に貼付されたシールに印刷された描点を抽出するための機能手段と、
前記描点に基づいて基準点を定義するための機能手段と、
前記描点に基づいて追跡始点を定義するための機能手段と、
前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するための機能手段と、
前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するための機能手段と、
前記認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成する機能手段と
を含む、
個人認証装置。
【請求項１】
個人認証を行う方法であって、
描点が印刷されたシールを指の爪に貼付した被認証者の該指のデジタル画像を取得するステップと、
前記デジタル画像から前記指の輪郭線を抽出するステップと、
前記デジタル画像から前記描点を抽出するステップと、
前記描点に基づいて基準点を定義するステップと、
前記描点に基づいて追跡始点を定義するステップと、
前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するステップと、
前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するステップと、
認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成するステップと、
被認証者の前記認証用データと登録ユーザの前記認証用データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断するステップと、
を含む、個人認証方法。
【請求項２】
前記シールには、少なくとも２つの描点が印刷され、
前記基準点を定義するステップは、前記２つの描点を通る直線上の画素を基準点として定義するステップである、請求項２に記載の個人認証方法。
【請求項３】
前記２つの描点を結ぶ線分の中点を前記基準点として定義する、請求項３に記載の個人認証方法。
【請求項４】
前記追跡始点を定義するステップは、前記指の輪郭線を構成する画素のうち、前記基準点を通る直線上に存在する画素を前記追跡始点として定義するステップであり、前記直線は、前記２つの描点を通る直線と所定の角度をなす、請求項２または３に記載の個人認証方法。
【請求項５】
前記追跡始点を定義するステップは、前記指の輪郭線を構成する画素のうち、前記２つの描点を通る直線上に存在する画素を前記追跡始点として定義するステップである、
請求項４に記載の個人認証方法。
【請求項６】
前記２つの描点は、互いに異なる色で印刷され、
前記デジタル画像から前記描点を抽出するステップは、ＲＧＢ値に基づいて前記２つの描点をそれぞれ別々に抽出するステップである、
請求項２に記載の個人認証方法。
【請求項７】
コンピュータに対して請求項１〜６のいずれか一項に記載の個人認証方法の各ステップを実行させるためのコンピュータ実行可能なプログラム。
【請求項８】
被認証者の指のデジタル画像を取得するための撮像部と、
前記デジタル画像から認証用データを生成する認証用データ生成部と、
登録ユーザの前記認証用データを登録データとして管理する登録データ管理部と、
被認証者の前記認証用データと前記登録データとの間の相関係数に基づいて認証の可否を判断する認証部と
を含む個人認証システムであって、
前記認証用データ生成部は、
前記デジタル画像から前記指の輪郭線および該指の爪に貼付されたシールに印刷された描点を抽出するための機能手段と、
前記描点に基づいて基準点を定義するための機能手段と、
前記描点に基づいて追跡始点を定義するための機能手段と、
前記指の輪郭線を構成する各画素に対して前記追跡始点から順番に画素ＩＤを連番付与するための機能手段と、
前記指の輪郭線を構成する各画素と前記基準点との離間距離を算出するための機能手段と、
前記認証用データとして前記離間距離と前記画素ＩＤを対応付けたテーブルを生成する機能手段と
を含む、
個人認証装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１４６１２１（Ｐ２０１２−１４６１２１Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３８８５（Ｐ２０１１−３８８５）
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１２日（２０１１．１．１２）
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【出願人】（０００００３１９３）凸版印刷株式会社 (10,630)
【Ｆターム（参考）】
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