個人認証方法及びシステム
【課題】本発明は、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、新規な個人認証方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の個人認証システムの利用者は、システム提供者から貸与されたプレートに描点が印刷されたシールを貼付して個人認証用の人工物を即興的に作製する。シールを貼付した利用者のプレートを撮像したデジタル画像からプレートの輪郭線と描点を抽出した後、描点に基づいて基準点および追跡始点を定義する。さらに、プレート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、プレート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人工物の識別情報として使用する。
【解決手段】本発明の個人認証システムの利用者は、システム提供者から貸与されたプレートに描点が印刷されたシールを貼付して個人認証用の人工物を即興的に作製する。シールを貼付した利用者のプレートを撮像したデジタル画像からプレートの輪郭線と描点を抽出した後、描点に基づいて基準点および追跡始点を定義する。さらに、プレート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、プレート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人工物の識別情報として使用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工物メトリクスを使用した個人認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホテルなどの宿泊施設において、磁気カードやＩＣカードからなるカードキーを利用した個人認証システムが導入されている。当該システムにおいては、疑似乱数などを利用して生成した一意識別子（以下、キーＩＤという）をカードキーに記録した上で、当該キーＩＤと部屋番号を紐付けてデータベースで管理する。宿泊客は、フロントで宿泊者名簿の記帳を済ませると、ホテル側からカードキーを貸与される。このとき、宿泊客から提供されたユーザ情報（氏名、住所、連絡先等）はデータベースに入力され、当該ユーザ情報とカードキーに記録されたキーＩＤと部屋番号とがデータベース内で紐付けられる。ホテル滞在中、宿泊客は、カードキーのキーＩＤに基づいて認証され、システムは、認証結果に基づいて部屋の解錠やレストランにおける課金処理等を行う。
【０００３】
カードキーを利用したこのようなシステムは、いわゆる所有物認証の一形態であるが、ホテルのカードキーは、基本的に所有者が頻繁に変わるため、偽造によるなりすましを防止するための手当が必要になる。この点につき、従来のカードキー・システムにおいては、特開平５−２８０２３６号公報（特許文献１）に記載されているように、宿泊客から回収したカードキーについて、キーＩＤの書き換えを行った上で再利用していたが、その書き換え作業の煩雑さが問題となっていた。
【０００４】
また、カードキーのなりすましは、キーＩＤの書き換えによって完全に排除されるわけではない。先に説明した従来のカードキー・システムにおいては、図１５に示すように、宿泊客に貸与する前のカードキーに係る情報（部屋番号とキーＩＤ）が事前にデータベースに保管されていた。このような状況は、攻撃者がデータベースからカードキーに係る情報を事前に盗取することを可能にするものであり、特に、カードキーの発行者と攻撃者が結託しているような場合には、カードキー偽造によるなりすましを排除する術がなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、所有物認証において、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、新規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】
【０００７】
本発明者は、新規な個人認証方法につき鋭意検討した結果、ユーザに即興的に作製させた人工物を用いて所有物認証を行う構成に想到し、本発明に至ったのである。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物を利用して個人認証を行う方法であって、前記人工物の前記シールが貼付された面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プレート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、前記プレート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、前記プレート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、前記人工物の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、被認証者から提示される前記人工物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、描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物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前記人工物の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プレートの輪郭線および前記シールに印刷された前記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、前記プレート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、前記プレート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、前記人工物の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、個人認証システムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明によれば、所有物認証において、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、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】
【００１０】
【図１】本実施形態における人工物の構成要素を示す図。
【図２】本実施形態における人工物を示す図。
【図３】本実施形態の個人認証システムの機能ブロック図。
【図４】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生成部が実行する処理を説明するための図。
【図９】本実施形態における認証用データ（テーブル）を示す図。
【図１０】シミュレーション結果を示す図。
【図１１】シミュレーション結果を示す図。
【図１２】本発明の方法の利点を説明するための概念図。
【図１３】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１４】追跡画素の数と本物識別性の関係を示す図。
【図１５】従来のカードキー・システムを説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の個人認証方法が採用する認証方式は、人工物メトリクスを利用した所有物認証である。人工物メトリクスを利用した所有物認証とは、人工物の製造過程で形成される自然発生的な特徴を識別情報として認証に利用するものである。
【００１３】
最初に、本発明における人工物メトリクスの構成要素について説明する。本発明における人工物は、図１（ａ）に例示するシール１２と、図１（ｂ）に例示するプレート１６からなり、プレート１６にシール１２を貼付することによって作製される。
【００１４】
図１（ａ）に示されるように、本実施形態におけるシール１２は、プレート１６に貼付されることを目的としたごく小さなシールとして構成される。なお、図１（ａ）には、円形のシール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、楕円、矩形その他のどのような形状であってもよい。
【００１５】
本実施形態におけるシール１２には２つの描点が印刷される。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。
【００１６】
一方、本実施形態におけるプレート１６は、利用者の携帯に適した所定の規格サイズ（大きさ）と形状を備える平板部材であり、シール１２を貼付するための基体として使用される。なお、図１（ｂ）には、矩形状のプレート１６を示したが、プレート１６の形状はこれに限定されるものではなく、その他の適切な形状であってもよい。また、プレート１６の色は、先に説明したシール１２の表面基材の色と同様に、シール１２に印刷された描点と色の距離が大きく離れていることが好ましい。さらに、プレート１６は、シール１２を貼付するための基体として機能することができれば、どのような材料であってもよく、プラスチックなど安価な材料で構成することが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の個人認証方法における前提事項について説明する。システムの提供者は、ユーザ登録に先立ち、図１（ａ）に例示するシール１２と、図１（ｂ）に例示するプレート１６をユーザに渡し、プレート１６にシール１２を貼付するように要請する。ユーザは、この求めに応じて、プレート１６の表面にシール１２を貼付する。この際、シールの貼り方は、ユーザの自由に委ねられる。ユーザの手によって即興的にシール１２がプレート１６に貼付される結果、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、プレート１６に対するシール１２の相対的な貼付位置にランダム性が発生する。本発明においては、この貼付位置の違いに起因する特徴量を後述する所定の方法によって定義し、当該特徴量を人工物の識別情報として使用する。
【００１８】
図３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３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、プレート１６のシール貼付面の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、プレート１６のデジタル画像に基づいて認証用データを生成する。ここでいう認証用データとは、プレート１６に対するシール１２の相対的な貼付位置の違いに起因する特徴量として定義されるデータであり、その導出方法の詳細については後述する。
【００１９】
認証用データ生成部３０によって生成された認証用データは、登録モードにおいては、登録データとして、ユーザ情報などと紐付け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。
【００２０】
次に、個人認証システム１００が実行する処理について図４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３を併せて参照するものとする。
図４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、プレート１６のシール貼付面のデジタル画像を取得する（ステップ１０１）。図５（ａ）は、ステップ１０１で撮像部１０が取得するデジタル画像を示す。デジタル画像には、シール１２が貼付されたプレート１６の一部分が写っている。なお、シール１２には、図５（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。
【００２１】
次に、認証用データ生成部３０が、図５（ａ）に示すデジタル画像からプレート１６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５（ｂ）に示すように、プレート１６の輪郭線Ｏを１ピクセルの太さで抽出する。
【００２２】
次に、認証用データ生成部３０が、プレート１６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）。ここで、追跡画素群Ｏ′を定義する方法の一例について以下説明する。まず、画像の左端からｘ軸右方向に向かってＳピクセル目の画素を通るx軸に垂直な直線を定義し、当該直線と輪郭線Ｏとの２つの交点をＱ１およびＱ２とする。同様に、画像の左端からｘ軸右方向に向かってＴピクセル目の画素を通るx軸に垂直な直線を定義し、当該直線と輪郭線Ｏとの２つの交点をＲ１およびＲ２とする。次に、Ｑ１およびＱ２の中点Ｑ０とＲ１およびＲ２の中点Ｒ０を通る直線を定義し、当該直線（Ｑ０Ｒ０）と輪郭線Ｏとの交点をＰ０とする。この交点をＰ０を輪郭線Ｏの先端位置とし、当該先端位置Ｐ０からｘ軸左方向に向かってＷピクセル目の画素を通るx軸に垂直な直線を定義し、当該直線と輪郭線Ｏとの２つの交点をＰ１およびＰ２とする。最後に、プレート１６の輪郭線Ｏを構成する画素のうち先端位置Ｐ０からｘ軸左方向に向かってＷピクセル目よりも左側にある画素を全て削除した上で、Ｐ１とＰ２を接続する直線を定義する。その結果、図６（ａ）に示すような追跡画素群Ｏ′が定義される。
【００２３】
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５（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。
【００２４】
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７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。
【００２５】
なお、上述した説明においては、シール１２の描点を通常の顔料を使用して印刷する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なる波長域の蛍光を発行する２種類の蛍光塗料によって２つの描点を印刷するように構成することもできる。この場合、個人認証システム１００の撮像部１０は、励起光照射手段と蛍光観察用デジタルカメラを含んで構成されることになる。さらに、他の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代えて、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。
【００２６】
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６（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。
【００２７】
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。
【００２８】
図６（ｂ）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６（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。
【００２９】
次に、図６（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６（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。
【００３０】
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、移動した線とプレート１６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、プレート１６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。このように、計算対象となる画素数を減らすことによって、後述する計算処理を高速化することができる。
【００３１】
次に、図８（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８（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。
【００３２】
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９は、生成されたテーブル１０００を例示する。本実施形態においては、このテーブル１０００のデータが、プレート１６に対するシール１２の相対的な貼付位置の違いに起因する特徴量として定義され、本実施形態の人工物を識別するための情報として使用される。なお、本実施形態においては、図６（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。
【００３３】
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人工物の識別情報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に保存される（ステップ１１２）。
【００３４】
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。以上、本実施形態の個人認証システム１００が実行する処理について説明してきたが、次に、本発明における人工物が発現する自然発生的な特徴について、以下説明する。
【００３５】
本発明の人工物が発現する自然発生的な特徴について、以下のシミュレーションに基づいて説明する。図１０（ａ）に示すように、追跡画素群Ｏ′の内側の任意の位置に基準点Ｄを定義し、追跡画素群Ｏ′上の任意の位置に追跡始点Ｓを定義した上で、上述した認証用データを生成する（以下、これを登録データとする）。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する（以下、これを照会データ（ｘ方向）とする）。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する（以下、これを照会データ（ｙ方向）とする）。このとき、照会データと登録データと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）は、図１０（ｂ）に示す関係を示す。
【００３６】
ここで、認証に用いる相関係数の閾値ｋを「０．９９７」として、図１０（ｂ）を参照すると、基準点の初期位置からｘ軸方向のずれが６ピクセル（実寸で０．４６ｍｍ）の範囲内に収まっている場合、または、基準点の初期位置からｙ軸方向のずれが４ピクセル（実寸で０．３１ｍｍ）の範囲内に収まっている場合に、相関係数が閾値ｋを下回らないことがわかる。したがって、シールの貼付領域の大きさを３０ｍｍ×２３ｍｍと仮定した場合、基準点Ｄとして判別可能な位置の取り方には、ｘ軸方向は３０／０．４６＝６５通り、ｙ軸方向は２３／０．３１＝７４通りとなり、合計は６５×７４＝４８１０通りの可能性があると言える。
【００３７】
さらに、図１１（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プレート１６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上で、上述した手順で認証用データを生成する（以下、これを登録データとする）。次に、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プレート１６の輪郭線の交点にある画素を新たな追跡始点Ｓとして定義した上で、上述した手順で認証用データを生成する（以下、これを照会データとする）。このとき、照会データと登録データとの間の相関係数と初期方向に伸びる線分からのずれの度合い（角度θ）は、図１１（ｂ）に示す関係を示す。
【００３８】
ここで、認証に用いる相関係数の閾値ｋを「０．９９７」として、図１１（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４°の範囲内に収まっている場合、相関係数が閾値ｋを下回らないことがわかる。したがって、追跡始点Ｄとして判別可能な位置の取り方には、３６０／４＝９０通りの可能性があると言える。
【００３９】
上述したシミュレーションの結果から、シールの貼付領域の大きさを３０ｍｍ×２３ｍｍとした場合には、本発明の人工物メトリクスが、４８１０×９０＝４３２９００種類の特徴を発現する可能性を潜在的に有していることが分かる。この結果から、本発明の人工物メトリクスを利用した所有物認証が、比較的小規模の人数（数百名程度）を認証対象とする用途に対して十分に対応しうることが理解されよう。
【００４０】
最後に、本発明の個人認証方法を採用する利点について、ホテルのカードキー・システムを例にとって説明する。図１２は、本発明の個人認証方法をホテルのカードキー・システムに適用した場合を示す概念図である。本発明の方法によれば、ホテルのシステム提供者は、ユーザ登録に先立ち、ユーザにシール１２とプレート１６を渡し、人工物を作製するように要請する。この時点では、ホテルのデータベースには、人工物の識別情報は保存されていない。なぜなら、本発明における人工物メトリクスは、ユーザ登録の際に、ユーザ自身が即興的に作製するものであり、ユーザ登録前には、人工物自体が何処にも存在しないからである。したがって、仮に、攻撃者とシステム提供者が結託していたとしても、攻撃者は、ユーザ登録前に、ホテルのデータベースから人工物の識別情報を盗取することができないので、人工物の偽造リスクが排除される。
【００４１】
さらに、本発明における人工物の識別情報は、ユーザ自身の行為に起因して、ユーザ登録の度に、新たに定義されるものであるから、システム提供者は、従来の所有物認証の場合のように、所有物に係る識別情報を書き換える必要がない。
【００４２】
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、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】
【００４３】
以下、本発明の個人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。
【００４４】
本発明の個人認証システムについて、以下の手順で評価した。
【００４５】
（本人受入／他人拒否の成否）
３ｍｍの間隔を開けて２つの描点（赤・青）を印刷した円形シールと、白色のプラスチック・プレート（幅：５５ｍｍ、長さ：２３ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）を用意し、指定された貼付領域（３０ｍｍ×２３ｍｍ）内にシールを貼って人工物を作製した。以下、これを「本人人工物」とする。その後、「本人人工物」のシール貼付面を撮影し、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（以下、これを「本人登録データ」として参照する）。
【００４６】
次に、「本人人工物」の撮影を２０回実施し、得られた２０個のデジタル画像に基づいて２０個の照会データを生成した（以下、これを「本人照会データ」として参照する）。
【００４７】
さらに、「本人人工物」に使用したのと同じプラスチック・プレートおよび円形シールを別に２０組用意し、各組について、プラスチック・プレートにシールを貼付して２０個の人工物を作製した（以下、これを「他人人工物」として参照する）。
【００４８】
次に、２０個の「他人人工物」のそれぞれについてシール貼付面を撮影し、得られた２０個のデジタル画像に基づいて２０個の照会データを生成した（以下、これを「他人照会データ」として参照する）。
【００４９】
上述した「本人照会データ（２０個）」および「他人照会データ（２０個）」のそれぞれについて、「本人登録データ」との間の相関係数を計算した。図１３（ａ）は、「本人照会データ（２０個）」と「本人登録データ」との間で計算した相関係数の結果を示し、図１３（ｂ）は、「他人照会データ（２０個）」と「本人登録データ」との間で計算した相関係数の結果を示す。図Ａに示す結果より、相関係数の閾値ｋに適切な値（例えば、ｋ＝０．９９７）を設定することによって、本人受入および他人拒否を実現しうることが実証された。
【００５０】
（追跡画素の数と個人識別性の関係）
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、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（使用率％）との関係を照会データ（４個の「本人照会データ」／４個の「他人照会データ」）ごとに示した表である。図１４に示す結果より、画素数を全体の０．５６％（画素数＝４個）まで減らした場合であっても、相関係数の閾値ｋに適切な値（例えば、ｋ＝０．９９７）を設定することによって、本人受入および他人拒否を実現しうることが実証された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上、説明したように、本発明によれば、所有物認証において、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、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、人工物の所有者が頻繁に変わるホテルのキーや貸しロッカーのキーなどの用途に適用されることが期待される。
【符号の説明】
【００５２】
１０…撮像部
１１…高画質デジタルカメラ
１２…シール
１４…描点
１６…プレート
１６…プレート
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
１０００…テーブル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人工物メトリクスを使用した個人認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ホテルなどの宿泊施設において、磁気カードやＩＣカードからなるカードキーを利用した個人認証システムが導入されている。当該システムにおいては、疑似乱数などを利用して生成した一意識別子（以下、キーＩＤという）をカードキーに記録した上で、当該キーＩＤと部屋番号を紐付けてデータベースで管理する。宿泊客は、フロントで宿泊者名簿の記帳を済ませると、ホテル側からカードキーを貸与される。このとき、宿泊客から提供されたユーザ情報（氏名、住所、連絡先等）はデータベースに入力され、当該ユーザ情報とカードキーに記録されたキーＩＤと部屋番号とがデータベース内で紐付けられる。ホテル滞在中、宿泊客は、カードキーのキーＩＤに基づいて認証され、システムは、認証結果に基づいて部屋の解錠やレストランにおける課金処理等を行う。
【０００３】
カードキーを利用したこのようなシステムは、いわゆる所有物認証の一形態であるが、ホテルのカードキーは、基本的に所有者が頻繁に変わるため、偽造によるなりすましを防止するための手当が必要になる。この点につき、従来のカードキー・システムにおいては、特開平５−２８０２３６号公報（特許文献１）に記載されているように、宿泊客から回収したカードキーについて、キーＩＤの書き換えを行った上で再利用していたが、その書き換え作業の煩雑さが問題となっていた。
【０００４】
また、カードキーのなりすましは、キーＩＤの書き換えによって完全に排除されるわけではない。先に説明した従来のカードキー・システムにおいては、図１５に示すように、宿泊客に貸与する前のカードキーに係る情報（部屋番号とキーＩＤ）が事前にデータベースに保管されていた。このような状況は、攻撃者がデータベースからカードキーに係る情報を事前に盗取することを可能にするものであり、特に、カードキーの発行者と攻撃者が結託しているような場合には、カードキー偽造によるなりすましを排除する術がなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−２８０２３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記従来技術における課題に鑑みてなされたものであり、所有物認証において、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、新規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】
【０００７】
本発明者は、新規な個人認証方法につき鋭意検討した結果、ユーザに即興的に作製させた人工物を用いて所有物認証を行う構成に想到し、本発明に至ったのである。
【０００８】
すなわち、本発明によれば、描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物を利用して個人認証を行う方法であって、前記人工物の前記シールが貼付された面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プレート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、前記プレート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、前記プレート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、前記人工物の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、被認証者から提示される前記人工物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、描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物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前記人工物の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プレートの輪郭線および前記シールに印刷された前記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、前記プレート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、前記プレート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、前記人工物の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、個人認証システムが提供される。
【発明の効果】
【０００９】
上述したように、本発明によれば、所有物認証において、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、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】
【００１０】
【図１】本実施形態における人工物の構成要素を示す図。
【図２】本実施形態における人工物を示す図。
【図３】本実施形態の個人認証システムの機能ブロック図。
【図４】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生成部が実行する処理を説明するための図。
【図９】本実施形態における認証用データ（テーブル）を示す図。
【図１０】シミュレーション結果を示す図。
【図１１】シミュレーション結果を示す図。
【図１２】本発明の方法の利点を説明するための概念図。
【図１３】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１４】追跡画素の数と本物識別性の関係を示す図。
【図１５】従来のカードキー・システムを説明するための概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
本発明の個人認証方法が採用する認証方式は、人工物メトリクスを利用した所有物認証である。人工物メトリクスを利用した所有物認証とは、人工物の製造過程で形成される自然発生的な特徴を識別情報として認証に利用するものである。
【００１３】
最初に、本発明における人工物メトリクスの構成要素について説明する。本発明における人工物は、図１（ａ）に例示するシール１２と、図１（ｂ）に例示するプレート１６からなり、プレート１６にシール１２を貼付することによって作製される。
【００１４】
図１（ａ）に示されるように、本実施形態におけるシール１２は、プレート１６に貼付されることを目的としたごく小さなシールとして構成される。なお、図１（ａ）には、円形のシール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、楕円、矩形その他のどのような形状であってもよい。
【００１５】
本実施形態におけるシール１２には２つの描点が印刷される。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。
【００１６】
一方、本実施形態におけるプレート１６は、利用者の携帯に適した所定の規格サイズ（大きさ）と形状を備える平板部材であり、シール１２を貼付するための基体として使用される。なお、図１（ｂ）には、矩形状のプレート１６を示したが、プレート１６の形状はこれに限定されるものではなく、その他の適切な形状であってもよい。また、プレート１６の色は、先に説明したシール１２の表面基材の色と同様に、シール１２に印刷された描点と色の距離が大きく離れていることが好ましい。さらに、プレート１６は、シール１２を貼付するための基体として機能することができれば、どのような材料であってもよく、プラスチックなど安価な材料で構成することが好ましい。
【００１７】
次に、本発明の個人認証方法における前提事項について説明する。システムの提供者は、ユーザ登録に先立ち、図１（ａ）に例示するシール１２と、図１（ｂ）に例示するプレート１６をユーザに渡し、プレート１６にシール１２を貼付するように要請する。ユーザは、この求めに応じて、プレート１６の表面にシール１２を貼付する。この際、シールの貼り方は、ユーザの自由に委ねられる。ユーザの手によって即興的にシール１２がプレート１６に貼付される結果、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、プレート１６に対するシール１２の相対的な貼付位置にランダム性が発生する。本発明においては、この貼付位置の違いに起因する特徴量を後述する所定の方法によって定義し、当該特徴量を人工物の識別情報として使用する。
【００１８】
図３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３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、プレート１６のシール貼付面の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、プレート１６のデジタル画像に基づいて認証用データを生成する。ここでいう認証用データとは、プレート１６に対するシール１２の相対的な貼付位置の違いに起因する特徴量として定義されるデータであり、その導出方法の詳細については後述する。
【００１９】
認証用データ生成部３０によって生成された認証用データは、登録モードにおいては、登録データとして、ユーザ情報などと紐付け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。
【００２０】
次に、個人認証システム１００が実行する処理について図４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３を併せて参照するものとする。
図４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、プレート１６のシール貼付面のデジタル画像を取得する（ステップ１０１）。図５（ａ）は、ステップ１０１で撮像部１０が取得するデジタル画像を示す。デジタル画像には、シール１２が貼付されたプレート１６の一部分が写っている。なお、シール１２には、図５（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。
【００２１】
次に、認証用データ生成部３０が、図５（ａ）に示すデジタル画像からプレート１６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５（ｂ）に示すように、プレート１６の輪郭線Ｏを１ピクセルの太さで抽出する。
【００２２】
次に、認証用データ生成部３０が、プレート１６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）。ここで、追跡画素群Ｏ′を定義する方法の一例について以下説明する。まず、画像の左端からｘ軸右方向に向かってＳピクセル目の画素を通るx軸に垂直な直線を定義し、当該直線と輪郭線Ｏとの２つの交点をＱ１およびＱ２とする。同様に、画像の左端からｘ軸右方向に向かってＴピクセル目の画素を通るx軸に垂直な直線を定義し、当該直線と輪郭線Ｏとの２つの交点をＲ１およびＲ２とする。次に、Ｑ１およびＱ２の中点Ｑ０とＲ１およびＲ２の中点Ｒ０を通る直線を定義し、当該直線（Ｑ０Ｒ０）と輪郭線Ｏとの交点をＰ０とする。この交点をＰ０を輪郭線Ｏの先端位置とし、当該先端位置Ｐ０からｘ軸左方向に向かってＷピクセル目の画素を通るx軸に垂直な直線を定義し、当該直線と輪郭線Ｏとの２つの交点をＰ１およびＰ２とする。最後に、プレート１６の輪郭線Ｏを構成する画素のうち先端位置Ｐ０からｘ軸左方向に向かってＷピクセル目よりも左側にある画素を全て削除した上で、Ｐ１とＰ２を接続する直線を定義する。その結果、図６（ａ）に示すような追跡画素群Ｏ′が定義される。
【００２３】
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５（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。
【００２４】
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７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。
【００２５】
なお、上述した説明においては、シール１２の描点を通常の顔料を使用して印刷する例について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、異なる波長域の蛍光を発行する２種類の蛍光塗料によって２つの描点を印刷するように構成することもできる。この場合、個人認証システム１００の撮像部１０は、励起光照射手段と蛍光観察用デジタルカメラを含んで構成されることになる。さらに、他の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代えて、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。
【００２６】
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６（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。
【００２７】
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。
【００２８】
図６（ｂ）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６（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。
【００２９】
次に、図６（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６（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。
【００３０】
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、移動した線とプレート１６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、プレート１６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。このように、計算対象となる画素数を減らすことによって、後述する計算処理を高速化することができる。
【００３１】
次に、図８（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８（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。
【００３２】
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９は、生成されたテーブル１０００を例示する。本実施形態においては、このテーブル１０００のデータが、プレート１６に対するシール１２の相対的な貼付位置の違いに起因する特徴量として定義され、本実施形態の人工物を識別するための情報として使用される。なお、本実施形態においては、図６（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。
【００３３】
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人工物の識別情報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に保存される（ステップ１１２）。
【００３４】
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。以上、本実施形態の個人認証システム１００が実行する処理について説明してきたが、次に、本発明における人工物が発現する自然発生的な特徴について、以下説明する。
【００３５】
本発明の人工物が発現する自然発生的な特徴について、以下のシミュレーションに基づいて説明する。図１０（ａ）に示すように、追跡画素群Ｏ′の内側の任意の位置に基準点Ｄを定義し、追跡画素群Ｏ′上の任意の位置に追跡始点Ｓを定義した上で、上述した認証用データを生成する（以下、これを登録データとする）。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する（以下、これを照会データ（ｘ方向）とする）。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する（以下、これを照会データ（ｙ方向）とする）。このとき、照会データと登録データと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）は、図１０（ｂ）に示す関係を示す。
【００３６】
ここで、認証に用いる相関係数の閾値ｋを「０．９９７」として、図１０（ｂ）を参照すると、基準点の初期位置からｘ軸方向のずれが６ピクセル（実寸で０．４６ｍｍ）の範囲内に収まっている場合、または、基準点の初期位置からｙ軸方向のずれが４ピクセル（実寸で０．３１ｍｍ）の範囲内に収まっている場合に、相関係数が閾値ｋを下回らないことがわかる。したがって、シールの貼付領域の大きさを３０ｍｍ×２３ｍｍと仮定した場合、基準点Ｄとして判別可能な位置の取り方には、ｘ軸方向は３０／０．４６＝６５通り、ｙ軸方向は２３／０．３１＝７４通りとなり、合計は６５×７４＝４８１０通りの可能性があると言える。
【００３７】
さらに、図１１（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プレート１６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上で、上述した手順で認証用データを生成する（以下、これを登録データとする）。次に、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プレート１６の輪郭線の交点にある画素を新たな追跡始点Ｓとして定義した上で、上述した手順で認証用データを生成する（以下、これを照会データとする）。このとき、照会データと登録データとの間の相関係数と初期方向に伸びる線分からのずれの度合い（角度θ）は、図１１（ｂ）に示す関係を示す。
【００３８】
ここで、認証に用いる相関係数の閾値ｋを「０．９９７」として、図１１（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４°の範囲内に収まっている場合、相関係数が閾値ｋを下回らないことがわかる。したがって、追跡始点Ｄとして判別可能な位置の取り方には、３６０／４＝９０通りの可能性があると言える。
【００３９】
上述したシミュレーションの結果から、シールの貼付領域の大きさを３０ｍｍ×２３ｍｍとした場合には、本発明の人工物メトリクスが、４８１０×９０＝４３２９００種類の特徴を発現する可能性を潜在的に有していることが分かる。この結果から、本発明の人工物メトリクスを利用した所有物認証が、比較的小規模の人数（数百名程度）を認証対象とする用途に対して十分に対応しうることが理解されよう。
【００４０】
最後に、本発明の個人認証方法を採用する利点について、ホテルのカードキー・システムを例にとって説明する。図１２は、本発明の個人認証方法をホテルのカードキー・システムに適用した場合を示す概念図である。本発明の方法によれば、ホテルのシステム提供者は、ユーザ登録に先立ち、ユーザにシール１２とプレート１６を渡し、人工物を作製するように要請する。この時点では、ホテルのデータベースには、人工物の識別情報は保存されていない。なぜなら、本発明における人工物メトリクスは、ユーザ登録の際に、ユーザ自身が即興的に作製するものであり、ユーザ登録前には、人工物自体が何処にも存在しないからである。したがって、仮に、攻撃者とシステム提供者が結託していたとしても、攻撃者は、ユーザ登録前に、ホテルのデータベースから人工物の識別情報を盗取することができないので、人工物の偽造リスクが排除される。
【００４１】
さらに、本発明における人工物の識別情報は、ユーザ自身の行為に起因して、ユーザ登録の度に、新たに定義されるものであるから、システム提供者は、従来の所有物認証の場合のように、所有物に係る識別情報を書き換える必要がない。
【００４２】
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、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】
【００４３】
以下、本発明の個人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。
【００４４】
本発明の個人認証システムについて、以下の手順で評価した。
【００４５】
（本人受入／他人拒否の成否）
３ｍｍの間隔を開けて２つの描点（赤・青）を印刷した円形シールと、白色のプラスチック・プレート（幅：５５ｍｍ、長さ：２３ｍｍ、厚さ：３ｍｍ）を用意し、指定された貼付領域（３０ｍｍ×２３ｍｍ）内にシールを貼って人工物を作製した。以下、これを「本人人工物」とする。その後、「本人人工物」のシール貼付面を撮影し、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（以下、これを「本人登録データ」として参照する）。
【００４６】
次に、「本人人工物」の撮影を２０回実施し、得られた２０個のデジタル画像に基づいて２０個の照会データを生成した（以下、これを「本人照会データ」として参照する）。
【００４７】
さらに、「本人人工物」に使用したのと同じプラスチック・プレートおよび円形シールを別に２０組用意し、各組について、プラスチック・プレートにシールを貼付して２０個の人工物を作製した（以下、これを「他人人工物」として参照する）。
【００４８】
次に、２０個の「他人人工物」のそれぞれについてシール貼付面を撮影し、得られた２０個のデジタル画像に基づいて２０個の照会データを生成した（以下、これを「他人照会データ」として参照する）。
【００４９】
上述した「本人照会データ（２０個）」および「他人照会データ（２０個）」のそれぞれについて、「本人登録データ」との間の相関係数を計算した。図１３（ａ）は、「本人照会データ（２０個）」と「本人登録データ」との間で計算した相関係数の結果を示し、図１３（ｂ）は、「他人照会データ（２０個）」と「本人登録データ」との間で計算した相関係数の結果を示す。図Ａに示す結果より、相関係数の閾値ｋに適切な値（例えば、ｋ＝０．９９７）を設定することによって、本人受入および他人拒否を実現しうることが実証された。
【００５０】
（追跡画素の数と個人識別性の関係）
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、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（使用率％）との関係を照会データ（４個の「本人照会データ」／４個の「他人照会データ」）ごとに示した表である。図１４に示す結果より、画素数を全体の０．５６％（画素数＝４個）まで減らした場合であっても、相関係数の閾値ｋに適切な値（例えば、ｋ＝０．９９７）を設定することによって、本人受入および他人拒否を実現しうることが実証された。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
以上、説明したように、本発明によれば、所有物認証において、人工物の識別情報の書き換えを行う必要がなく、人工物の偽造によるなりすましに対して好適な耐性を有する、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、人工物の所有者が頻繁に変わるホテルのキーや貸しロッカーのキーなどの用途に適用されることが期待される。
【符号の説明】
【００５２】
１０…撮像部
１１…高画質デジタルカメラ
１２…シール
１４…描点
１６…プレート
１６…プレート
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
１０００…テーブル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物を利用して個人認証を行う方法であって、
前記人工物の前記シールが貼付された面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プレート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、
前記プレート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、
前記プレート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、
前記人工物の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、
被認証者から提示される前記人工物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１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２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、前記プレート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、前記プレート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】
描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物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前記人工物の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プレートの輪郭線および前記シールに印刷された前記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、
前記プレート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、
前記プレート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、
前記人工物の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、
個人認証システム。
【請求項１】
描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物を利用して個人認証を行う方法であって、
前記人工物の前記シールが貼付された面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プレート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、
前記プレート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、
前記プレート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、
前記人工物の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、
被認証者から提示される前記人工物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１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２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、前記プレート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、前記プレート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】
描点が印刷されたシールを被認証者がプレートに貼付してなる人工物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前記人工物の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プレートの輪郭線および前記シールに印刷された前記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、
前記プレート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、
前記プレート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、
前記人工物の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、
個人認証システム。
【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１５】
【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１５】
【公開番号】特開２０１３−２０３９６（Ｐ２０１３−２０３９６Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２５０２（Ｐ２０１１−１５２５０２）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【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２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【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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