対象の同一性を検証する方法および装置
本発明は、ある対象の同一性を、該対象の物理的特性の測定に基づいて検証することに関するものである。登録段階において、素性が既知の対象が測定され、結果として得られる登録測定値がのちの参照のために保存される。そして検証段階において、検証のために提示された対象が測定され、その検証測定値が前記登録測定値と比較されて、二つの測定値が同一の対象に由来するものであるかどうかが判定される。本発明によれば、登録測定値および検証測定値は、それぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の二つの実現値としてモデル化される。この登録ノイズおよび検証ノイズはそれぞれ第二および第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象を特徴づける検証測定値とあらかじめ保存されている登録測定値とから前記対象の同一性を検証する方法に関するものである。
【０００２】
本発明はまた、身分証明装置を使用している人物の同一性を前記身分証明装置内に保存されている登録測定値と前記人物を特徴づける検証測定値とから検証するための検証手段を有する身分証明装置にも関するものである。
【０００３】
本発明はまた、記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き出したりするための読み書き装置であって、前記読み書き装置によって読み書きされる記録媒体の同一性を登録測定値と前記記録媒体を特徴づける検証測定値とから検証するための検証手段を有する読み書き装置にも関するものである。
【０００４】
本発明は、物理的特性の少なくとも一つによって一意的に識別されうる対象に適用される。同一性を検証すべき対象は装置でも（たとえば記憶媒体）人間でもよい。記憶媒体については、測定すべき前記物理的特性は当該記憶媒体のトラック形状でありうる。人間については、測定すべき前記物理的特性は通例バイオメトリクスと称される。たとえば、測定すべきバイオメトリクスデータは、指紋、顔の特徴などがありうる。
【背景技術】
【０００５】
『業界概報：グローバル情報セキュリティ２００２』（Business Briefing: Global Infosecurity 2002）中で公表されたノーバート・ポールマン博士（Dr Norbert Pohlmann）による報告「ＩＣカードとバイオメトリクス――暗証番号よさらば」（Smart cards & Biometrics―Forget about PINs）は、正規ユーザーのバイオメトリック・テンプレートがＩＣカード上に記録されるシステムが記述されている。そのＩＣカードの正規ユーザーであることを主張する人物は、自分のバイオメトリックデータを提示しなければならない。提示されたバイオメトリックデータがＩＣカードに受領され、ＩＣカードに保存されているテンプレートのバイオメトリックデータと比較される。
【０００６】
通例登録段階と呼ばれる第一の段階において、そのようなシステムではある対象が測定される。登録測定値と呼ばれる測定値がのちの参照のために保存される。
【０００７】
通例検証段階と呼ばれる第二の段階において、前記対象と同一の対象かもしれないし、異なる対象かもしれないある対象について、検証測定と呼ばれる測定が行われる。
【０００８】
そして登録測定値と検証測定値とを比較して、両者が同一の対象のものであるかどうかが判定される。
【０００９】
この状況では、あらゆる対象についての登録測定値を保存しているデータベースは利用できない。これは、一致を検査される測定値とは異なるあらゆる測定値は完全に未知であるということを意味している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、そのような状況によく適合した検証方法を提案することである。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、そのような検証方法を実装する身分証明装置を提案することである。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、そのような検証方法を実装する、記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き込んだりするための装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的、身分証明装置および読み書き装置は、請求項で定義される検証方法によって達成される。
【００１４】
本発明によれば、登録測定値および検証測定値は、それぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響を受ける第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化される。前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値とする。前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものとする。
【００１５】
この選択は、次のような認識に基づいたものである。
【００１６】
・実行された測定について何らの事前の知識もない状況においては、ある対象を特徴づける測定値はランダム変数の特定の実現値である。
【００１７】
・実際上、登録段階でも検証段階でも測定は常にノイズに影響される。
【００１８】
これは、登録（enrollment）測定値xeおよび検証（verification）測定値xvが次のように書かれることを意味している。
【００１９】
xe＝sk＋ne
xv＝sq＋nv
ここで、skおよびsqはランダム変数Ｓの実現値、
neは実現値skに影響する登録ノイズ、
nvは実現値sqに影響する検証ノイズ、である。
（本稿を通じて変数には大文字を用い、変数がとる特定の値には小文字を用いる）
このモデルを固定すると、決定すべきことは、skおよびsqがランダム変数Ｓの同じ実現値であるかどうかである。本発明によれば、これは次のことによって実現される。
【００２０】
・登録測定値xeおよび検証測定値xvについて、二つの変数XeおよびXvについて、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説（f1(Xe,Xv)）のもとでの同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説（f0(Xe,Xv)）のもとでの同時確率密度関数との間の比Λ(Xe,Xv)の関数gの値を計算し、
・計算された値g[Λ(xe,xv)]をある閾値と比較することによって前記登録測定値xeおよび前記検証測定値xvが同一の対象に由来するものであるかどうかを判定する。
【００２１】
有利には、前記関数gは対数関数であり、それにより計算が著しく軽減される。
【００２２】
ある種の状況においては、登録ノイズは登録段階における複数回の測定によって軽減することができる。しかし、登録測定を複数回行うことができない状況もあり、複数回の登録測定ができたとしても、一定の不確定性は常に残る。よって、あらゆる場合において登録ノイズを考慮に入れておくことで検証プロセスの効率の著しい向上が得られる。
【００２３】
これらのことを含む本発明のさまざまな側面について図面を参照しつつ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、対象の少なくとも一つの物理的特性の測定に基づく該対象の同一性の検証に適用される。そのような検証プロセスは、通例二つの段階を使って記述される。登録段階と検証段階である。
【００２５】
登録段階においては、素性が既知である対象が測定される。登録測定と称されるそのような測定は将来の参照のために保存される。検証段階においては、検証のために対象が提示される。提示された対象の測定がなされ、それは検証測定と称される。その検証測定値は次いで登録測定値と比較され、二つの測定が同一の対象に由来するものであるかどうかが判定される。
【００２６】
本稿および特許請求の範囲における「対象（object）」の語は装置と生命体のどちらのことであってもよいものとする。
【００２７】
本発明によれば、
・ある対象を同定するのに使われる物理的特性は既知の分布PSに従って分布するランダム変数Sの実現値としてモデル化される。
【００２８】
・対象の物理的特性の登録測定および検証測定はいずれもノイズを含んだものとする。
【００２９】
・登録ノイズは、既知の分布PNeを有するランダム変数Neの実現値neとしてモデル化される。
【００３０】
・検証ノイズnvは、既知の分布PNvを有するランダム変数Nvの実現値としてモデル化される。
【００３１】
・S、Ne、Nvは独立なランダム変数であるとする。
【００３２】
このモデルは概略的に図１に示してある。図１において、対象kが登録段階において測定され、対象qが検証段階において測定される。登録測定値xeおよび検証測定値xvは次のように書かれる。
【００３３】
xe＝sk＋ne
xv＝sq＋nv
検証者VBが、登録測定値xeおよび検証測定値xvに基づいてskおよびsqがランダム変数Sの同一の実現値であるかどうかを判定する役割を負っている。このことは、二つの仮説の間での判断として定式化できる。
【００３４】
・オブジェクトkおよびqが異なるという第一の仮説H0
・オブジェクトkおよびqが同一であるという第二の仮説H1
これら二つの仮説の間で判定をすることは、次によってなされる。
【００３５】
・Xe＝xe、Xv＝xvについて尤度比Λ(Xe,Xv)＝f1(Xe,Xv)/f0(Xe,Xv)の値を計算する。ここで、f1(Xe,Xv)は仮説H1のもとでの、すなわちskおよびsqがランダム変数Sの同一の実現値である場合の変数XeおよびXvの同時確率密度関数であり、f0(Xe,Xv)は仮説H0のもとでの、すなわちskおよびsqがランダム変数Sの異なる実現値である場合の変数XeおよびXvの同時確率密度関数である。
【００３６】
・計算された値Λ(Xe,Xv)をある閾値と比較することによって登録測定値xeおよび検証測定値xvが同一の対象に由来するかどうかを判定する。
【００３７】
あるいはまた、尤度比Λ自身の代わりに尤度比Λの任意の単調関数gを判定関数dとして使ってもよい。
【００３８】
図２は、本発明に基づく検証方法のステップを描いたブロック図である。
【００３９】
ステップＺ１において、対象qに対して検証測定値xvが取得される。
【００４０】
ステップＺ２において、判定関数dの値d(xe,xv)がステップＺ１において得られた検証測定値xvおよび登録測定値xeについて計算される。
【００４１】
ステップＺ３において、計算された値d(xe,xv)が次のようにして閾値Tと比較される。
【００４２】
・d(xe,xv)＜Tであれば、仮説H0が採択される
・d(xe,xv)≧Tであれば、仮説H1が採択される
ステップＺ４において、ステップＺ３から得られる判定（仮説H0か仮説H1か）が出力される。
【００４３】
今から、ステップＺ３において使用されるべき好ましい判定関数dを、すべての信号が独立したガウス分布のランダム変数のベクトルである場合の例を用いて導出する。この好ましい判定関数は、前記尤度比の対数である。以下において明らかであろうように、判定関数として尤度比の対数をとることは、計算を単純化するので有益である。この好ましい例は限定的なものではなく、本発明は尤度比の他のいかなる単調関数ｇにも、またその他のいかなる分布の形にも適用されるものであることは理解しておくべきである。
【００４４】
尤度比の対数を、まずガウス分布のスカラーについて導出し、それから独立かつ同一のガウス分布をもつスカラーからなるベクトルについて導出する。
ガウス分布のスカラーについての尤度比の対数
検証者VBは次のすべての分布について完全に知っているものとする。
【００４５】
・PSは平均μS、分散σS2の既知のガウス分布である。
【００４６】
・PNeは平均μne、分散σne2の既知のガウス分布である。
【００４７】
・PNvは平均μnv、分散σnv2の既知のガウス分布である。
【００４８】
一般に、仮説Hjのもとでの二変量ガウス確率密度関数は次の形をとる。
【００４９】
【数１】
今考察している状況では、
μxe＝μS＋μne
σxe＝√(σS2＋μne2)
であり、
μxv＝μS＋μnv
σxv＝√(σS2＋μnv2)
である。計算を単純化するために新しい変数を導入する。
【００５０】
【数２】
これらの変数についての仮説Hjのもとでの二変量ガウス確率密度関数は次の形になる。
【００５１】
【数３】
仮説H0においては、skおよびsqはランダム変数Sから独立に抽出される。これはすなわち、数２で導入した変数も独立であり、ρ0＝0であることを意味する。よって、確率密度関数f0は次式によって与えられる。
【００５２】
【数４】
仮説H1においては、数２で導入した変数は相関しており、相関係数ρ1は次のように書ける。
【００５３】
【数５】
よって、確率密度関数f1は次式で与えられる。
【００５４】
【数６】
（３）および（４）を使うと、尤度比は次のように書ける。
【００５５】
【数７】
そして尤度比の対数は次のように書ける。
【００５６】
【数８】
同一のガウス分布をもつスカラーからなるベクトルについての尤度比の対数
実際上、信号sk、sq、ne、nvは独立した、同一分布のスカラーのベクトルとしてモデル化できる。すなわち、
sk＝[sk,1,sk,2,...,sk,m] sk,i∈PS（i＝1,...,m）
sq＝[sq,1,sq,2,...,sq,m] sq,i∈PS（i＝1,...,m）
ne＝[ne,1,ne,2,...,ne,m] ne,i∈PNe（i＝1,...,m）
nv＝[nv,1,nv,2,...,nv,m] nv,i∈PNv（i＝1,...,m）
ここで、mはベクトルの長さである。
【００５７】
独立した同一分布の系列の確率密度関数は、系列の各要素の確率密度の積である。
【００５８】
よって、ガウス分布のスカラーからなるベクトルに対する尤度比の対数は、（５）から次のように導かれる。
【００５９】
【数９】
式（６）から、提案されている判定関数が、相関項（式（６）の｛ ｝内の第３項）および平方差の項（同じく第２項）の両方に基づく線形の重み付き関数になっていることが見て取れる。
【００６０】
登録段階における信号対雑音比は、σS2とσne2の比として定義される。ρが0に近いとき、すなわち信号対雑音比が低いとき、式（６）において相関項が優勢となる。ρが1に近いとき、すなわち信号対雑音比が高いときは、平方差の項が優勢となる。
【００６１】
検証者の効率はEER（Equal Error Rate［等誤り率］）を用いて与えることができる。これは、FRR（False Rejection Rate［誤棄却率］；仮説H1が正しいときに仮説H0が採択される）とFAR（False Acceptance Rate［誤受け入れ率］；仮説H0が正しいときに仮説H1が採択される）が等しくなるように判定閾値を選んだときのFRR＝FARの値である。
【００６２】
図３は、ベクトル長m＝20のときに、信号対雑音比（SNR: signal to noise ratio）の関数として得られたEERを示している。３本の曲線は、提案されている検証者（曲線C1）、相関のみに基づく検証者（曲線C2）、平方差の項のみに基づく検証者（曲線C3）の場合を示している。ここで、信号対雑音比SNRは、登録段階と検証段階において同一である、すなわち、
【００６３】
【数１０】
と想定している。
【００６４】
図３から、本発明に基づく検証者の効率が著しく優れていることが見て取れる。
【００６５】
図４は、信号対雑音比SNRが0dBであるときにERRをベクトル長mの関数として与えるものである。図３から、信号対雑音比が0dBの場合には、相関のみに基づく検証者によって得られる効率と平方差のみに基づく検証者によって得られる効率とが同一になることが明らかである。曲線D1はmの関数としてのEERを本発明に基づく検証者について与え、曲線D2はmの関数としてのEERを、相関または平方差のいずれかに基づく検証者について与えている。図４から、本発明によって達成される改善はベクトル長mが大きいほどますます重要になることが見て取れる。
【００６６】
図５は、身分証明装置１０および該身分証明装置１０を読み取るための読み取り機を有するシステムを概略的に表現したものである。図５で表現されている身分証明装置はプロセッサ１４ならびに登録測定値xeおよびプログラムＰＧを保存するメモリ手段１６を有するＩＣカードである。該プログラムＰＧはプロセッサ１４によって実行されたときに本発明に基づく検証方法を実装するためのコード命令を有している。
【００６７】
図６は、本発明に基づく読み書き装置の例を概略的に表現したものである。図６で表現されている読み書き装置は光ディスク２２からデータを読み出したり光ディスク２２にデータを書き込んだりするための光学式装置２０である。
【００６８】
読み書き装置２０は、光ディスク２２上に印刷されているトラックを走査するための放射ビーム２６を生成する光学ユニット２４と処理ユニット２８とを有する。該処理ユニット２８は前記光学ユニット２４によって読み込まれた信号のデコードや書き込まれるべき信号のエンコード、ならびに前記読み書き装置２０の動作の制御を担っている。
【００６９】
ディスク上に印刷されているトラックは、渦巻き型の平均中心線から連続的な正弦波の偏位のある形をしている。このトラック形状が当該光ディスク２２の「指紋（フィンガープリント）」として有利に使用される。たとえば、トラック形状は、当該トラック偏位の各調和成分を表す一連の複雑な値によって記述されうる。
【００７０】
放射ビーム２６をトラックに追随させ、集束させるために、光学ユニット２４はサーボ制御ユニット３２によって生成される制御信号３０によって制御される。トラック形状の測定値は該制御信号３０から導出できる。
【００７１】
本発明によれば、読み書き装置２０はディスクフィンガープリント計算ユニット４０および検証ユニット４２を有する。ディスクフィンガープリント計算ユニット４０はサーボ制御ユニット３２によって生成された制御信号３０を受信してディスクフィンガープリントと称される測定値を生成する。前記ディスクフィンガープリント計算ユニット４０は、ディスクqを特徴づける検証測定値xvを与える検証段階で使用される。該検証段階では、検証ユニット４２は前記ディスクフィンガープリント計算ユニット４０によって生成された検証測定値xvとある登録測定値xeとを受信して、xvおよびxeについての判定関数dの値d(xv,xe)を計算し、判定H0またはH1を出力する。判定H0またはH1は、その後の動作のために処理ユニット２８に転送される。
【００７２】
前記登録測定値xeは登録段階の間にディスクフィンガープリント計算ユニット４０によって生成され、のちに前記検証ユニット４２が使用するために読み書き装置２０のメモリに保存されていたものである。あるいはまた、前記登録測定値xeは読み書き装置２０の独立した入力を通じて検証ユニット４２に与えられてもよい。たとえばそれは製造工程の間にディスク上に保存され、該ディスクが読み書きユニット２０に挿入されたときに読み込まれてもよい。
【００７３】
トラック偏位のスペクトル成分を使うことによって光ディスクの同一性を検証するにあたって、ランダム変数Sをモデル化するために使われる分布、登録ノイズ、検証ノイズは有利にはガウス分布である。
【００７４】
記載されている検証法、身分証明装置、読み書き装置に関し、本発明の範囲から外れることなく修正や改善が提案されうるであろう。本発明は挙げられている例に限定されるものではない。
【００７５】
特に、本発明は対数関数の使用やガウス分布の使用に限定されるものではない。提案されている判定関数は、ＩＣカードユーザーや記録媒体以外の対象を識別するのに使用されることもできる。本発明は、光ディスク以外の記録媒体の種類にも適用される。
【００７６】
本発明の検証方法は単一の物理的特性を使ってもよいし、いくつかの物理的特性を同時に使ってもよい。いくつかの物理的特性が使われる場合、それらの特性はベクトルとして処理される。
【００７７】
上記の記載において、尤度比の対数は同一の分布をもつスカラーからなるベクトルについて導出された。これは限定的なものではない。本発明は、ベクトルの成分が異なる分布からのものである場合にも適用される。
【００７８】
動詞「有する」の使用は挙げられている以外の要素やステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に基づく検証方法で使用されるモデルを示す概略図である。
【図２】本発明に基づく検証方法の主要なステップを描いたブロック図である。
【図３】本発明に基づく検証方法の効率を示す図である。
【図４】本発明に基づく検証方法の効率を示す図である。
【図５】本発明に基づく身分証明装置およびそのような身分証明装置を読み取るための読み取り機の例を有するシステムを概略的に表現した図である。
【図６】本発明に基づく読み書き装置および前記読み書き装置によって同一性を検証されるべき記録媒体の例を有するシステムを概略的に表現した図である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象を特徴づける検証測定値とあらかじめ保存されている登録測定値とから前記対象の同一性を検証する方法に関するものである。
【０００２】
本発明はまた、身分証明装置を使用している人物の同一性を前記身分証明装置内に保存されている登録測定値と前記人物を特徴づける検証測定値とから検証するための検証手段を有する身分証明装置にも関するものである。
【０００３】
本発明はまた、記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き出したりするための読み書き装置であって、前記読み書き装置によって読み書きされる記録媒体の同一性を登録測定値と前記記録媒体を特徴づける検証測定値とから検証するための検証手段を有する読み書き装置にも関するものである。
【０００４】
本発明は、物理的特性の少なくとも一つによって一意的に識別されうる対象に適用される。同一性を検証すべき対象は装置でも（たとえば記憶媒体）人間でもよい。記憶媒体については、測定すべき前記物理的特性は当該記憶媒体のトラック形状でありうる。人間については、測定すべき前記物理的特性は通例バイオメトリクスと称される。たとえば、測定すべきバイオメトリクスデータは、指紋、顔の特徴などがありうる。
【背景技術】
【０００５】
『業界概報：グローバル情報セキュリティ２００２』（Business Briefing: Global Infosecurity 2002）中で公表されたノーバート・ポールマン博士（Dr Norbert Pohlmann）による報告「ＩＣカードとバイオメトリクス――暗証番号よさらば」（Smart cards & Biometrics―Forget about PINs）は、正規ユーザーのバイオメトリック・テンプレートがＩＣカード上に記録されるシステムが記述されている。そのＩＣカードの正規ユーザーであることを主張する人物は、自分のバイオメトリックデータを提示しなければならない。提示されたバイオメトリックデータがＩＣカードに受領され、ＩＣカードに保存されているテンプレートのバイオメトリックデータと比較される。
【０００６】
通例登録段階と呼ばれる第一の段階において、そのようなシステムではある対象が測定される。登録測定値と呼ばれる測定値がのちの参照のために保存される。
【０００７】
通例検証段階と呼ばれる第二の段階において、前記対象と同一の対象かもしれないし、異なる対象かもしれないある対象について、検証測定と呼ばれる測定が行われる。
【０００８】
そして登録測定値と検証測定値とを比較して、両者が同一の対象のものであるかどうかが判定される。
【０００９】
この状況では、あらゆる対象についての登録測定値を保存しているデータベースは利用できない。これは、一致を検査される測定値とは異なるあらゆる測定値は完全に未知であるということを意味している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の一つの目的は、そのような状況によく適合した検証方法を提案することである。
【００１１】
本発明のもう一つの目的は、そのような検証方法を実装する身分証明装置を提案することである。
【００１２】
本発明のもう一つの目的は、そのような検証方法を実装する、記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き込んだりするための装置を提案することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
これらの目的、身分証明装置および読み書き装置は、請求項で定義される検証方法によって達成される。
【００１４】
本発明によれば、登録測定値および検証測定値は、それぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響を受ける第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化される。前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値とする。前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものとする。
【００１５】
この選択は、次のような認識に基づいたものである。
【００１６】
・実行された測定について何らの事前の知識もない状況においては、ある対象を特徴づける測定値はランダム変数の特定の実現値である。
【００１７】
・実際上、登録段階でも検証段階でも測定は常にノイズに影響される。
【００１８】
これは、登録（enrollment）測定値xeおよび検証（verification）測定値xvが次のように書かれることを意味している。
【００１９】
xe＝sk＋ne
xv＝sq＋nv
ここで、skおよびsqはランダム変数Ｓの実現値、
neは実現値skに影響する登録ノイズ、
nvは実現値sqに影響する検証ノイズ、である。
（本稿を通じて変数には大文字を用い、変数がとる特定の値には小文字を用いる）
このモデルを固定すると、決定すべきことは、skおよびsqがランダム変数Ｓの同じ実現値であるかどうかである。本発明によれば、これは次のことによって実現される。
【００２０】
・登録測定値xeおよび検証測定値xvについて、二つの変数XeおよびXvについて、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説（f1(Xe,Xv)）のもとでの同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説（f0(Xe,Xv)）のもとでの同時確率密度関数との間の比Λ(Xe,Xv)の関数gの値を計算し、
・計算された値g[Λ(xe,xv)]をある閾値と比較することによって前記登録測定値xeおよび前記検証測定値xvが同一の対象に由来するものであるかどうかを判定する。
【００２１】
有利には、前記関数gは対数関数であり、それにより計算が著しく軽減される。
【００２２】
ある種の状況においては、登録ノイズは登録段階における複数回の測定によって軽減することができる。しかし、登録測定を複数回行うことができない状況もあり、複数回の登録測定ができたとしても、一定の不確定性は常に残る。よって、あらゆる場合において登録ノイズを考慮に入れておくことで検証プロセスの効率の著しい向上が得られる。
【００２３】
これらのことを含む本発明のさまざまな側面について図面を参照しつつ説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明は、対象の少なくとも一つの物理的特性の測定に基づく該対象の同一性の検証に適用される。そのような検証プロセスは、通例二つの段階を使って記述される。登録段階と検証段階である。
【００２５】
登録段階においては、素性が既知である対象が測定される。登録測定と称されるそのような測定は将来の参照のために保存される。検証段階においては、検証のために対象が提示される。提示された対象の測定がなされ、それは検証測定と称される。その検証測定値は次いで登録測定値と比較され、二つの測定が同一の対象に由来するものであるかどうかが判定される。
【００２６】
本稿および特許請求の範囲における「対象（object）」の語は装置と生命体のどちらのことであってもよいものとする。
【００２７】
本発明によれば、
・ある対象を同定するのに使われる物理的特性は既知の分布PSに従って分布するランダム変数Sの実現値としてモデル化される。
【００２８】
・対象の物理的特性の登録測定および検証測定はいずれもノイズを含んだものとする。
【００２９】
・登録ノイズは、既知の分布PNeを有するランダム変数Neの実現値neとしてモデル化される。
【００３０】
・検証ノイズnvは、既知の分布PNvを有するランダム変数Nvの実現値としてモデル化される。
【００３１】
・S、Ne、Nvは独立なランダム変数であるとする。
【００３２】
このモデルは概略的に図１に示してある。図１において、対象kが登録段階において測定され、対象qが検証段階において測定される。登録測定値xeおよび検証測定値xvは次のように書かれる。
【００３３】
xe＝sk＋ne
xv＝sq＋nv
検証者VBが、登録測定値xeおよび検証測定値xvに基づいてskおよびsqがランダム変数Sの同一の実現値であるかどうかを判定する役割を負っている。このことは、二つの仮説の間での判断として定式化できる。
【００３４】
・オブジェクトkおよびqが異なるという第一の仮説H0
・オブジェクトkおよびqが同一であるという第二の仮説H1
これら二つの仮説の間で判定をすることは、次によってなされる。
【００３５】
・Xe＝xe、Xv＝xvについて尤度比Λ(Xe,Xv)＝f1(Xe,Xv)/f0(Xe,Xv)の値を計算する。ここで、f1(Xe,Xv)は仮説H1のもとでの、すなわちskおよびsqがランダム変数Sの同一の実現値である場合の変数XeおよびXvの同時確率密度関数であり、f0(Xe,Xv)は仮説H0のもとでの、すなわちskおよびsqがランダム変数Sの異なる実現値である場合の変数XeおよびXvの同時確率密度関数である。
【００３６】
・計算された値Λ(Xe,Xv)をある閾値と比較することによって登録測定値xeおよび検証測定値xvが同一の対象に由来するかどうかを判定する。
【００３７】
あるいはまた、尤度比Λ自身の代わりに尤度比Λの任意の単調関数gを判定関数dとして使ってもよい。
【００３８】
図２は、本発明に基づく検証方法のステップを描いたブロック図である。
【００３９】
ステップＺ１において、対象qに対して検証測定値xvが取得される。
【００４０】
ステップＺ２において、判定関数dの値d(xe,xv)がステップＺ１において得られた検証測定値xvおよび登録測定値xeについて計算される。
【００４１】
ステップＺ３において、計算された値d(xe,xv)が次のようにして閾値Tと比較される。
【００４２】
・d(xe,xv)＜Tであれば、仮説H0が採択される
・d(xe,xv)≧Tであれば、仮説H1が採択される
ステップＺ４において、ステップＺ３から得られる判定（仮説H0か仮説H1か）が出力される。
【００４３】
今から、ステップＺ３において使用されるべき好ましい判定関数dを、すべての信号が独立したガウス分布のランダム変数のベクトルである場合の例を用いて導出する。この好ましい判定関数は、前記尤度比の対数である。以下において明らかであろうように、判定関数として尤度比の対数をとることは、計算を単純化するので有益である。この好ましい例は限定的なものではなく、本発明は尤度比の他のいかなる単調関数ｇにも、またその他のいかなる分布の形にも適用されるものであることは理解しておくべきである。
【００４４】
尤度比の対数を、まずガウス分布のスカラーについて導出し、それから独立かつ同一のガウス分布をもつスカラーからなるベクトルについて導出する。
ガウス分布のスカラーについての尤度比の対数
検証者VBは次のすべての分布について完全に知っているものとする。
【００４５】
・PSは平均μS、分散σS2の既知のガウス分布である。
【００４６】
・PNeは平均μne、分散σne2の既知のガウス分布である。
【００４７】
・PNvは平均μnv、分散σnv2の既知のガウス分布である。
【００４８】
一般に、仮説Hjのもとでの二変量ガウス確率密度関数は次の形をとる。
【００４９】
【数１】
今考察している状況では、
μxe＝μS＋μne
σxe＝√(σS2＋μne2)
であり、
μxv＝μS＋μnv
σxv＝√(σS2＋μnv2)
である。計算を単純化するために新しい変数を導入する。
【００５０】
【数２】
これらの変数についての仮説Hjのもとでの二変量ガウス確率密度関数は次の形になる。
【００５１】
【数３】
仮説H0においては、skおよびsqはランダム変数Sから独立に抽出される。これはすなわち、数２で導入した変数も独立であり、ρ0＝0であることを意味する。よって、確率密度関数f0は次式によって与えられる。
【００５２】
【数４】
仮説H1においては、数２で導入した変数は相関しており、相関係数ρ1は次のように書ける。
【００５３】
【数５】
よって、確率密度関数f1は次式で与えられる。
【００５４】
【数６】
（３）および（４）を使うと、尤度比は次のように書ける。
【００５５】
【数７】
そして尤度比の対数は次のように書ける。
【００５６】
【数８】
同一のガウス分布をもつスカラーからなるベクトルについての尤度比の対数
実際上、信号sk、sq、ne、nvは独立した、同一分布のスカラーのベクトルとしてモデル化できる。すなわち、
sk＝[sk,1,sk,2,...,sk,m] sk,i∈PS（i＝1,...,m）
sq＝[sq,1,sq,2,...,sq,m] sq,i∈PS（i＝1,...,m）
ne＝[ne,1,ne,2,...,ne,m] ne,i∈PNe（i＝1,...,m）
nv＝[nv,1,nv,2,...,nv,m] nv,i∈PNv（i＝1,...,m）
ここで、mはベクトルの長さである。
【００５７】
独立した同一分布の系列の確率密度関数は、系列の各要素の確率密度の積である。
【００５８】
よって、ガウス分布のスカラーからなるベクトルに対する尤度比の対数は、（５）から次のように導かれる。
【００５９】
【数９】
式（６）から、提案されている判定関数が、相関項（式（６）の｛ ｝内の第３項）および平方差の項（同じく第２項）の両方に基づく線形の重み付き関数になっていることが見て取れる。
【００６０】
登録段階における信号対雑音比は、σS2とσne2の比として定義される。ρが0に近いとき、すなわち信号対雑音比が低いとき、式（６）において相関項が優勢となる。ρが1に近いとき、すなわち信号対雑音比が高いときは、平方差の項が優勢となる。
【００６１】
検証者の効率はEER（Equal Error Rate［等誤り率］）を用いて与えることができる。これは、FRR（False Rejection Rate［誤棄却率］；仮説H1が正しいときに仮説H0が採択される）とFAR（False Acceptance Rate［誤受け入れ率］；仮説H0が正しいときに仮説H1が採択される）が等しくなるように判定閾値を選んだときのFRR＝FARの値である。
【００６２】
図３は、ベクトル長m＝20のときに、信号対雑音比（SNR: signal to noise ratio）の関数として得られたEERを示している。３本の曲線は、提案されている検証者（曲線C1）、相関のみに基づく検証者（曲線C2）、平方差の項のみに基づく検証者（曲線C3）の場合を示している。ここで、信号対雑音比SNRは、登録段階と検証段階において同一である、すなわち、
【００６３】
【数１０】
と想定している。
【００６４】
図３から、本発明に基づく検証者の効率が著しく優れていることが見て取れる。
【００６５】
図４は、信号対雑音比SNRが0dBであるときにERRをベクトル長mの関数として与えるものである。図３から、信号対雑音比が0dBの場合には、相関のみに基づく検証者によって得られる効率と平方差のみに基づく検証者によって得られる効率とが同一になることが明らかである。曲線D1はmの関数としてのEERを本発明に基づく検証者について与え、曲線D2はmの関数としてのEERを、相関または平方差のいずれかに基づく検証者について与えている。図４から、本発明によって達成される改善はベクトル長mが大きいほどますます重要になることが見て取れる。
【００６６】
図５は、身分証明装置１０および該身分証明装置１０を読み取るための読み取り機を有するシステムを概略的に表現したものである。図５で表現されている身分証明装置はプロセッサ１４ならびに登録測定値xeおよびプログラムＰＧを保存するメモリ手段１６を有するＩＣカードである。該プログラムＰＧはプロセッサ１４によって実行されたときに本発明に基づく検証方法を実装するためのコード命令を有している。
【００６７】
図６は、本発明に基づく読み書き装置の例を概略的に表現したものである。図６で表現されている読み書き装置は光ディスク２２からデータを読み出したり光ディスク２２にデータを書き込んだりするための光学式装置２０である。
【００６８】
読み書き装置２０は、光ディスク２２上に印刷されているトラックを走査するための放射ビーム２６を生成する光学ユニット２４と処理ユニット２８とを有する。該処理ユニット２８は前記光学ユニット２４によって読み込まれた信号のデコードや書き込まれるべき信号のエンコード、ならびに前記読み書き装置２０の動作の制御を担っている。
【００６９】
ディスク上に印刷されているトラックは、渦巻き型の平均中心線から連続的な正弦波の偏位のある形をしている。このトラック形状が当該光ディスク２２の「指紋（フィンガープリント）」として有利に使用される。たとえば、トラック形状は、当該トラック偏位の各調和成分を表す一連の複雑な値によって記述されうる。
【００７０】
放射ビーム２６をトラックに追随させ、集束させるために、光学ユニット２４はサーボ制御ユニット３２によって生成される制御信号３０によって制御される。トラック形状の測定値は該制御信号３０から導出できる。
【００７１】
本発明によれば、読み書き装置２０はディスクフィンガープリント計算ユニット４０および検証ユニット４２を有する。ディスクフィンガープリント計算ユニット４０はサーボ制御ユニット３２によって生成された制御信号３０を受信してディスクフィンガープリントと称される測定値を生成する。前記ディスクフィンガープリント計算ユニット４０は、ディスクqを特徴づける検証測定値xvを与える検証段階で使用される。該検証段階では、検証ユニット４２は前記ディスクフィンガープリント計算ユニット４０によって生成された検証測定値xvとある登録測定値xeとを受信して、xvおよびxeについての判定関数dの値d(xv,xe)を計算し、判定H0またはH1を出力する。判定H0またはH1は、その後の動作のために処理ユニット２８に転送される。
【００７２】
前記登録測定値xeは登録段階の間にディスクフィンガープリント計算ユニット４０によって生成され、のちに前記検証ユニット４２が使用するために読み書き装置２０のメモリに保存されていたものである。あるいはまた、前記登録測定値xeは読み書き装置２０の独立した入力を通じて検証ユニット４２に与えられてもよい。たとえばそれは製造工程の間にディスク上に保存され、該ディスクが読み書きユニット２０に挿入されたときに読み込まれてもよい。
【００７３】
トラック偏位のスペクトル成分を使うことによって光ディスクの同一性を検証するにあたって、ランダム変数Sをモデル化するために使われる分布、登録ノイズ、検証ノイズは有利にはガウス分布である。
【００７４】
記載されている検証法、身分証明装置、読み書き装置に関し、本発明の範囲から外れることなく修正や改善が提案されうるであろう。本発明は挙げられている例に限定されるものではない。
【００７５】
特に、本発明は対数関数の使用やガウス分布の使用に限定されるものではない。提案されている判定関数は、ＩＣカードユーザーや記録媒体以外の対象を識別するのに使用されることもできる。本発明は、光ディスク以外の記録媒体の種類にも適用される。
【００７６】
本発明の検証方法は単一の物理的特性を使ってもよいし、いくつかの物理的特性を同時に使ってもよい。いくつかの物理的特性が使われる場合、それらの特性はベクトルとして処理される。
【００７７】
上記の記載において、尤度比の対数は同一の分布をもつスカラーからなるベクトルについて導出された。これは限定的なものではない。本発明は、ベクトルの成分が異なる分布からのものである場合にも適用される。
【００７８】
動詞「有する」の使用は挙げられている以外の要素やステップの存在を排除するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】本発明に基づく検証方法で使用されるモデルを示す概略図である。
【図２】本発明に基づく検証方法の主要なステップを描いたブロック図である。
【図３】本発明に基づく検証方法の効率を示す図である。
【図４】本発明に基づく検証方法の効率を示す図である。
【図５】本発明に基づく身分証明装置およびそのような身分証明装置を読み取るための読み取り機の例を有するシステムを概略的に表現した図である。
【図６】本発明に基づく読み書き装置および前記読み書き装置によって同一性を検証されるべき記録媒体の例を有するシステムを概略的に表現した図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある対象の同一性を、該対象を特徴づける検証測定値とあらかじめ保存されている登録測定値とから検証するための検証方法であって、
前記登録測定値および前記検証測定値がそれぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化され、前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものであり、
・前記登録測定値および前記検証測定値について、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数との比のある関数の値を計算し、
・計算された値をある閾値と比較することによって前記登録測定値および前記検証測定値が同一の対象に由来するものであるかどうかを判定する、
ステップを有することを特徴とする検証方法。
【請求項２】
前記関数が対数関数であることを特徴とする、請求項１記載の検証方法。
【請求項３】
前記既知の分布がガウス分布であることを特徴とする、請求項１記載の検証方法。
【請求項４】
ユーザーを特徴づける検証測定値を受信するよう意図された身分証明装置であって、
・登録測定値を保存するための保存手段と、
・前記検証測定値および前記登録測定値とから前記ユーザーの身分を検証するための検証手段とを有しており、
前記登録測定値および前記検証測定値がそれぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化され、前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものであり、
前記検証手段が、
・前記登録測定値および前記検証測定値について、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数との比のある関数の値を計算する手段と、
・計算された値をある閾値と比較することによって前記登録測定値および前記検証測定値が同一の対象に由来するものであるかどうかを判定する手段、
とを有することを特徴とする装置。
【請求項５】
前記測定値が前記ユーザーの生理上または行動上の特性であることを特徴とする、請求項４記載の身分証明装置。
【請求項６】
前記既知の分布がガウス分布であることを特徴とする、請求項４記載の身分証明装置。
【請求項７】
請求項４または５記載の身分証明装置を有するＩＣカード。
【請求項８】
記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き込んだりするための読み書き装置であって、
・記録媒体を特徴づけ、該記録媒体を一意的に識別する測定値を生成する測定手段と、
・記録媒体を特徴づける検証測定値およびある登録測定値から該記録媒体の同一性を検証するための検証手段とを有しており、
前記登録測定値および前記検証測定値がそれぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化され、前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものであり、
前記検証手段が、
・前記登録測定値および前記検証測定値について、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数との比のある関数の値を計算する手段と、
・計算された値をある閾値と比較することによって前記登録測定値および前記検証測定値が同一の記録媒体に由来するものであるかどうかを判定する判定手段、
とを有することを特徴とする装置。
【請求項９】
読み書きユニットと、該読み書きユニットを制御するよう意図された制御信号を生成する制御手段とを有する請求項６記載の読み書き装置であって、前記測定手段が記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き込んだりする際に制御信号の周波数スペクトルを表す値の集合を生成する処理手段を有しており、前記値の集合が前記記録媒体を特徴づける測定をなすことを特徴とする装置。
【請求項１０】
プロセッサによって実行されたときに請求項１または２記載の検証方法を実施するためのコード命令を有するプログラム。
【請求項１】
ある対象の同一性を、該対象を特徴づける検証測定値とあらかじめ保存されている登録測定値とから検証するための検証方法であって、
前記登録測定値および前記検証測定値がそれぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化され、前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものであり、
・前記登録測定値および前記検証測定値について、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数との比のある関数の値を計算し、
・計算された値をある閾値と比較することによって前記登録測定値および前記検証測定値が同一の対象に由来するものであるかどうかを判定する、
ステップを有することを特徴とする検証方法。
【請求項２】
前記関数が対数関数であることを特徴とする、請求項１記載の検証方法。
【請求項３】
前記既知の分布がガウス分布であることを特徴とする、請求項１記載の検証方法。
【請求項４】
ユーザーを特徴づける検証測定値を受信するよう意図された身分証明装置であって、
・登録測定値を保存するための保存手段と、
・前記検証測定値および前記登録測定値とから前記ユーザーの身分を検証するための検証手段とを有しており、
前記登録測定値および前記検証測定値がそれぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化され、前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものであり、
前記検証手段が、
・前記登録測定値および前記検証測定値について、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数との比のある関数の値を計算する手段と、
・計算された値をある閾値と比較することによって前記登録測定値および前記検証測定値が同一の対象に由来するものであるかどうかを判定する手段、
とを有することを特徴とする装置。
【請求項５】
前記測定値が前記ユーザーの生理上または行動上の特性であることを特徴とする、請求項４記載の身分証明装置。
【請求項６】
前記既知の分布がガウス分布であることを特徴とする、請求項４記載の身分証明装置。
【請求項７】
請求項４または５記載の身分証明装置を有するＩＣカード。
【請求項８】
記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き込んだりするための読み書き装置であって、
・記録媒体を特徴づけ、該記録媒体を一意的に識別する測定値を生成する測定手段と、
・記録媒体を特徴づける検証測定値およびある登録測定値から該記録媒体の同一性を検証するための検証手段とを有しており、
前記登録測定値および前記検証測定値がそれぞれ登録ノイズおよび検証ノイズによって影響されたある第一のランダム変数の第一および第二の実現値としてモデル化され、前記登録ノイズは第二のランダム変数の実現値であり、前記検証ノイズは第三のランダム変数の実現値であり、前記第一、第二、第三のランダム変数は既知の分布をもつものであり、
前記検証手段が、
・前記登録測定値および前記検証測定値について、前記第一のランダム変数の前記第一および第二の実現値が同一であるという第一の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数と前記第一および第二の実現値が異なるものであるという第二の仮説のもとでの二変量の同時確率密度関数との比のある関数の値を計算する手段と、
・計算された値をある閾値と比較することによって前記登録測定値および前記検証測定値が同一の記録媒体に由来するものであるかどうかを判定する判定手段、
とを有することを特徴とする装置。
【請求項９】
読み書きユニットと、該読み書きユニットを制御するよう意図された制御信号を生成する制御手段とを有する請求項６記載の読み書き装置であって、前記測定手段が記録媒体からデータを読み出したり記録媒体にデータを書き込んだりする際に制御信号の周波数スペクトルを表す値の集合を生成する処理手段を有しており、前記値の集合が前記記録媒体を特徴づける測定をなすことを特徴とする装置。
【請求項１０】
プロセッサによって実行されたときに請求項１または２記載の検証方法を実施するためのコード命令を有するプログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公表番号】特表２００７−５１０１９３（Ｐ２００７−５１０１９３Ａ）
【公表日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−５３０６７２（Ｐ２００６−５３０６７２）
【出願日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／００１６４７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０４９０８
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１９年４月１９日（２００７．４．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年５月６日（２００４．５．６）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＩＢ２００４／００１６４７
【国際公開番号】ＷＯ２００４／１０４９０８
【国際公開日】平成１６年１２月２日（２００４．１２．２）
【出願人】（５９００００２４８）コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ (12,071)
【Ｆターム（参考）】
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