指の屈伸運動計測を利用した個人認証方法及び個人認証システム
【課題】本発明は、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システムを提供することを目的とする。
【解決手段】ユーザに一意な情報として、数ある人間の動きの中から、指の屈伸運動に着目した。人間の指の関節は、1自由度の蝶番関節であることに加え、第１関節と第２関節の間に腱が存在しており、両者の動きが連動していることから、指の屈伸運動の再現性は極めて高い。指の屈伸運動におけるそのシルエット形状の時系列的な変化を、曲率の概念を用いて特徴量として定義し、この特徴量から認証情報を生成する。
【解決手段】ユーザに一意な情報として、数ある人間の動きの中から、指の屈伸運動に着目した。人間の指の関節は、1自由度の蝶番関節であることに加え、第１関節と第２関節の間に腱が存在しており、両者の動きが連動していることから、指の屈伸運動の再現性は極めて高い。指の屈伸運動におけるそのシルエット形状の時系列的な変化を、曲率の概念を用いて特徴量として定義し、この特徴量から認証情報を生成する。
【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、なりすまし耐性を有するバイオメトリック認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から個人認証技術については様々な検討がなされており、近年、本人に固有の生体特徴を認証情報として利用するバイオメトリック認証が多くの場面で採用されている。しかしながら、最近、利用者の残留指紋に基づいて人工的に模型指などを作成した悪意の第三者による「なりすまし」の問題が指摘されている。この点につき、指紋などの静止２次元画像情報に比べて盗み出すことが困難とされる人間の動きに着目し、当該動きから抽出される特徴量を認証情報として利用することが検討されており、例えば、歩行、キーストローク、署名などに関連する人間の動きの特徴量から個人を特定するための認証情報を生成する研究が行われている。
【０００３】
しかしながら、これらの動きはどれも再現性が低く、これらを認証情報として用いるシステムが高い認証精度を実現するのは困難であると言われていた。例えば、特開２００２−１４２２５５号公報（特許文献１）は、唇の動きを用いて本人認証を行なうバイオメトリック認証システムについて開示するが、唇の動きの何をもって認証情報とするのかについては、具体的に開示するものではなく、また、唇の動きの再現性が認証情報として用いるに足るものであるか否かについて、何ら推認しうるものではなかった。
【特許文献１】特開２００２−１４２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、本発明は、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システム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】
【０００５】
本発明者は、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証の構成につき鋭意検討した結果、ユーザに一意な情報として、数ある人間の動きの中から、指の屈伸運動に着目した。本発明者は、人間の指の関節が1自由度の蝶番関節であることに加え、第１関節と第２関節の間に腱が存在しており、両者の動きが連動していることから、指の屈伸運動の再現性は極めて高いと考えた。この着想の下、指の屈伸運動におけるそのシルエット形状の時系列的な変化を、曲率の概念を用いて特徴量として定義し、この特徴量から認証情報を生成することに成功し、本発明に至ったのである。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、指の屈伸運動計測を利用した個人認証方法であって、被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するステップと、前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、前記指の輪郭線を抽出し、抽出した前記輪郭線について曲率のプロフィールを求め、前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を求めたのち、前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて記憶するステップとを含み、被認証者の前記曲率のプロフィールを所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なうことを特徴とする個人認証方法が提供される。本発明においては、前記照合は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を求め、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較することによって行うことができる。また、本発明においては、前記曲率のプロフィールは、前記輪郭線を走査することによって求めることができる。さらに、本発明においては、前記指の曲げ角度は、前記輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて求めることができる。
【０００７】
また、本発明によれば、指の屈伸運動計測を利用した個人認証システムであって、被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するセンサ部と、前記センサ部が取得したデジタル画像の情報が入力される個人認証部とを含み、前記個人認証部は、特徴量算出部と、特徴量記憶部と、照合部とを含んで構成され、前記特徴量算出部は、前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、前記指の輪郭線を抽出し、抽出した前記輪郭線の曲率のプロフィールを導出し、前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を算出したのち、前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて特徴量として定義する機能手段と、前記特徴量を特徴量記憶部に記憶する機能手段とを含み、前記照合部は、前記特徴量算出部が定義する被認証者の特徴量と前記特徴量記憶部に記憶された特徴量とを、所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なう機能手段を含む個人認証システムが提供される。本発明においては、前記照合部は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を算出し、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較する機能手段を含むことができる。また、本発明においては、前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線を走査して前記曲率のプロフィールを導出する機能手段を含むことができる。さらに、本発明においては、前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて前記指の曲げ角度を算出する機能手段を含むことができる。
【発明の効果】
【０００８】
上述したように、本発明によれば、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態であるバイオメトリック認証システム１０（以下、認証システム１０として参照する）を示す。本実施形態の認証システム１０は、センサ部１２と個人認証部１４を含んで構成されている。センサ部１２は、被認証者であるユーザ１６の指１８（好ましくは、人差し指）が挿入され、指１８の屈伸運動を撮像可能に構成されている。個人認証部１４は、システム・コントローラとして機能するＣＰＵ、アプリケーション・ソフトウェアの実行空間を与えるためのＲＡＭ、処理を行うためのデータ、ジョブログ、またはプログラムなどを格納したＲＯＭ、および、ハードディスクなどの記憶デバイスを備えるパーソナルコンピュータを含んで構成されており、ＭａｃＯＳ（商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）またはそれ以外の適切なオペレーション・システムを使用し、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋、ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ、Ｊａｖａ（登録商標）などにより記述されたアプリケーション・プログラムを格納し、実行することによって、センサ部１２が撮像した指１８の画像に基づいてユーザ１６の個人認証を行なうための機能手段を提供する。また、本実施形態においては、個人認証部１４が導出した認証結果を認証結果表示部２０に表示することができ、ユーザ１６はこれを視認することによって認証結果を知ることができる。なお、図１には図示していないが、個人認証部１４が導出した認証結果を所望の制御手段（例えばドアのロック開閉制御手段）に出力するように構成することもできる。
【００１１】
図２は、本実施形態におけるセンサ部１２を示す図であり、図２（ａ）は、その側面図を示し、図２（ｂ）は、その上面図を示す。図２（ａ）に示すように、センサ部１２は、撮像空間としての筐体３０を備えている。筐体３０には、指１８を挿入するための開口部３２が形成されており、個人認証の際、ユーザ１６は、指１８の腹を下に向けた状態で、指１８を開口部３２から筐体３０内に挿入する。筐体３０の内部は、指１８を少なくとも第２関節（近位指節間関節）まで挿入し、指１８の第１および第２関節を曲げて屈伸運動をするのに充分な空間を備えている。なお、図２においては、説明の便宜のため、筐体３０内に挿入した指１８を透視して示している。
【００１２】
さらに、本実施形態におけるセンサ部１２は、図２（ｂ）に示すように、筐体３０の側面側を撮像可能に位置決めされた撮像手段３４を含んで構成されている。なお、本発明における撮像手段３４は、画像を連続的に撮像し、これをデジタル信号に変換して出力しうる手段であればよく、ＣＣＤビデオカメラを用いることができる。なお、図２（ｂ）においては、撮像手段３４を筐体３０の横脇に位置決めして配置した態様を示したが、これに限らず、反射ミラーなどを含む光学系を利用してよりコンパクトに構成することもできる。
【００１３】
また、筐体３０の側面３０ａは、撮像手段２０による撮像に鑑みて光透過性の材料で構成されており、また、もう一方の側面３０ｂは、指１８の色との関係で、コントラストを考慮した色彩を備えており、指１８の撮像における背景として機能している。本実施形態においては、ユーザ１６が筐体３０に指１８を挿入したことをセンサ等によって感知し、自動的に筐体３０の側面側の撮像を開始するように構成することもできる。
【００１４】
使用に際し、ユーザ１６は、筐体３０に指１８を挿入した状態で、指１８を屈伸させる。その結果、撮像手段２０によって指１８の屈伸運動の様子が連続的に撮像され、複数の２次元画像情報として取得される。図３は、撮像手段２０によって時系列的に撮像されたユーザ１６の指１８の連続画像を示す。図３に示されるように、指１８は、その屈伸運動に伴って、その側面から見たシルエット形状が変化することが理解されよう。この時系列的な変化は、指関節の構造上再現性が高いため、本発明においては、当該変化を特徴量として抽出し、これを、ユーザ１６に一意な認証情報として用いるものである。
【００１５】
上述した手順でセンサ部１２によって取得された指１８の屈伸運動を側面から撮像した連続的な２次元画像情報は、デジタル信号に変換され、個人認証部１４に入力される。個人認証部１４においては、指１８の２次元画像情報から特徴量が算出され、これに基づいてユーザ１６に一意な認証情報を生成される。以下、本実施形態における特徴量算出の工程について、図４〜８を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態における特徴量の算出においては、まず、センサ部１２から取得したデジタル画像について所定の画像処理が施される。この点につき図４を参照して以下説明する。図４は、センサ部１２から取得した指１８の連続的な２次元画像のうちの一つについて画像処理が行なわれる態様を時系列的に示す。本実施形態においては、まず、図４（ａ）に示した、センサ部１２によって取得された画像に対して背景画素を黒(輝度値０)、指部分を白(輝度値２５５)に二値化する二値化処理が施される。図４（ｂ）は、二値化処理後の画像を示す。次に、図４（ｂ）に示す二値化処理後の画像において、指１８の輪郭となるエッジ画素を抽出する、エッジ画素抽出処理が施される。エッジ画素の抽出は、ラプラシアンフィルタ等を適宜用いて行なうことができる。図４（ｃ）は、エッジ画素抽出処理後の画像を示す。図４（ｃ）に示したエッジ画素抽出処理後の画像においては、指１８の側面の輪郭線が１画素幅の細線として構成されている。
【００１７】
本実施形態における認証情報の生成においては、図４（ｃ）に示される指１８の側面の輪郭線に沿って、その曲率を順次算出する。以下、この曲率算出処理について、図５および図６を参照して説明する。
【００１８】
図５は、図４（ｃ）に示した図を説明の便宜のため白黒反転して示した図である。本実施形態においては、図５に示す輪郭線Ｅについて、図中に示す「ＳＴＡＲＴ」という地点から始め、図中に示す「ＥＮＤ」という地点に至るまで、図中の破線矢印で示すように、輪郭線Ｅを走査して順次曲率を算出していく。ここで、曲率とは、曲線の曲がりの程度を表す量をいい、二次元の場合、曲線上の任意の３点で作られる三角形の外接円半径Ｒの逆数（１／Ｒ）で与えられ、曲がりの程度が大きい程、大きくなる。
【００１９】
図６（ａ）は、図５において破線の丸で囲んだ部分を拡大して示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）において四角の実線で囲んだ部分をさらに拡大して示す図である。本実施形態においては、図６（ｂ）に示すように、輪郭線Ｅ上に存在する３点（I、II、III)で作られる三角形Ｔの外接円Ｓについて、その半径Ｒの逆数（１／Ｒ）が、曲率として定義される。図６（ｂ）に示す輪郭線Ｅ上の３点（I、II、III)は、それぞれ、輪郭線Ｅを構成する１画素（１ピクセル）として定義されるものであり、ピクセル(I)とピクセル(II)の間の距離ｄ１、ならびに、ピクセル(II)とピクセル(III)の間の距離ｄ２を固定した状態で、輪郭線Ｅ上の点（I）を１画素ずつ移動させながら、その都度、上述した３点（I、II、III)の座標を求め、それらの値からその位置の曲率（１／Ｒ）を算出する。本実施形態においては、曲率の算出に伴って移動した画素の積算値を追跡画素数として定義する。
【００２０】
図７は、曲率と輪郭線Ｅ上の位置の相関関係を説明するための図である。図７（ａ）は、上述した手順で算出した輪郭線Ｅの曲率と追跡画素数との関係を示している。この関係は、指１８の側面の輪郭線Ｅの曲率のプロフィールを定義するものである。図中の丸で囲んだ符号１〜６が示すように、輪郭線Ｅの曲率と追跡画素数との関係は、６つの極値（極大値／極小値）を示している。ここで、符号１〜６が示す極値は、図７（ｂ）における輪郭線Ｅ上の丸で囲んだ符号１〜６が示す位置の曲率に対応していることを理解されたい。すなわち、図７（ｂ）に示す、指の第２関節に関連した符号１および符号６の部分、指の第１関節に関連した符号２および符号５の部分、爪の付け根に対応する符号３の部分、ならびに、指の先端部に対応する符号４の部分における曲率は、常に極値（極大値／極小値）を示す。ここで、指の先端部に対応する符号４の部分において曲率は常に最小値となることから、算出した曲率が最小値を示す位置を指の先端部として特定し、指の先端部の位置から符号１〜符号６の位置を演繹的に特定することができる。
【００２１】
ここで注目すべき点は、上述した「曲率のプロフィール」は、ユーザに一意なものであり、且つ、それが指１８の屈伸運動に伴って変化するということである。すなわち、同一人物の指であっても指の曲げ具合によって、その時々の「曲率のプロフィール」は全て異なる。このことは、本実施形態の認証システム１０が、その認証の際に、一人のユーザについて、連続画像のコマ数分の「曲率のプロフィール」を取得していること、すなわち、一人のユーザについて、一意な認証情報を短時間の間に大量に取得していることを意味する。本発明は、指の屈伸運動における、この「曲率のプロフィール」の変化に着目し、この変化、すなわち、複数の「曲率のプロフィール」の総体を特徴量として定義するものである。
【００２２】
この点が、従来の指紋や静脈の静止２次元画像を利用する認証システムと大きく異なる点である。たとえば、あるユーザの指の側面の静止２次元画像が盗用された場合を考える。そのような静止２次元画像をもって本実施形態の認証システム１０に対しなりすましを試みたとしても、認証システム１０は、認証に際して、指の屈伸運動に伴う時系列的な変化についての情報、すなわち、複数の「曲率のプロフィール」をユーザに要求するものであるため、そのようななりすましは成功しない。ここで、もし仮に、指の屈伸運動の再現性が低いと、なりすまし強度の問題以前に認証方法として成立しないが、人間の指の関節が1自由度の蝶番関節であることに加え、第１関節と第２関節の動きが連動していることから、指の屈伸運動の再現性は極めて高いため、本発明の認証方法は有効に機能するのである。
【００２３】
ここで、上述した連続画像のコマ数分の「曲率のプロフィール」のうち、どれを採択して認証情報を生成するのかは、情報処理装置の処理コストと認証精度を比較考量して決定することができる。本実施形態においては、所定の「指の曲げ角度」における「曲率のプロフィール」を抽出し、これら複数の「曲率のプロフィール」から認証情報を生成する。なお、本実施形態においては、上述した「指の曲げ角度」を図８に示すθとして定義する。すなわち、本実施形態においては、指の第２関節に関連する符号１の位置にある画素Ｏと符号６の位置にある画素Ｐを結んだ線分の中点Ｍを通る垂直二等分線Ｌ１を基準線とし、中点Ｍと、指の先端部に対応する符号４の位置にある画素Ｑとを結んだ線分Ｌ２とＬ１とが為す角度θを「指の曲げ角度」として定義する。符号１、４、６の位置の求め方は既に上述したとおりである。
【００２４】
以上、図４〜８を参照して本実施形態における特徴量算出の手順について説明してきたが、続いて、本実施形態の認証システム１０における個人認証のアルゴリズムについて、図９を参照しながら以下説明する。
【００２５】
図９は、本実施形態の認証システム１０の機能ブロック図を示す。図１について上述した個人認証部１４は、特徴量算出部４０と、特徴量記憶部４２と、照合部４６とを含んで構成されている。認証システム１０の使用に際して、ユーザ登録をする場合には、特徴量算出部４０は、図４〜８について上述した手順に従って、センサ部１２から取得した、指の屈伸運動に伴う一連のデジタル画像の全てについて、「曲率のプロフィール」と、それに対応する「指の曲げ角度θ」を求め、両者を対応づけたデータを特徴量として定義する。この特徴量をユーザの個人情報（氏名・性別・年齢等）に関連づけて、ハードディスクなどの記憶デバイスによって構成される特徴量記憶部４２に記憶する。
【００２６】
次に、本実施形態の認証システム１０が行なう個人認証の手順について、同じく図９を参照して、以下説明する。最初に、被認証者であるユーザが認証システム１０のセンサ部１２に指を挿入して屈伸運動を行なうと、特徴量算出部４０は、センサ部１２から入力される指の撮像画像から、図４〜８について上述した手順に従って、「曲率のプロフィール」を導出し、これを指の曲げ角度θに対応づけたものを「照会データ」として照合部４６に出力する。
【００２７】
照合部４６は、特徴量算出部４０から入力された「照会データ」から、所定の指の曲げ角度θに対応する「曲率のプロフィール」を抽出する。ここでは、説明の便宜のため、指の曲げ角度θ＝１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°という７つの角度に対応する「曲率のプロフィール」を抽出する場合を例にとって説明する。
【００２８】
次に、照合部４６は、特徴量記憶部４２に記憶された「登録データ」を登録ユーザごとに読み出し、その中から、指の曲げ角度θ＝１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°に対応する「曲率のプロフィール」を抽出する。
【００２９】
その後、照合部４６は、特徴量算出部４０から入力された「照会データ」から抽出した「曲率のプロフィール」と、特徴量記憶部４２に記憶された、各「登録データ」から抽出した「曲率のプロフィール」との間の相関係数を、指の曲げ角度θごとに算出する。この際、相関係数の算出に用いるデータ数を一致させるために、輪郭線Ｅ上の曲率の極値を示す所定の位置を基準点に定めて、比較するデータ数を揃えることが好ましい。たとえば、図７（ｂ）に示す符号５（第一関節の内側）の位置）を基準点とし、符号５の位置から、図５に示す「ＳＴＡＲＴ」側にさかのぼってＸ[Ｐｉｘｅｌ］、「ＥＮＤ」側に下ってＹ[Ｐｉｘｅｌ］、合わせて（Ｘ+Ｙ）[Ｐｉｘｅｌ］の追跡画素数の範囲における「曲率のプロフィール」を相関係数の算出対象とする。
【００３０】
最後に、このようにして算出した、指の曲げ角度θ＝１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°における、「曲率のプロフィール」の相関係数について、これらの平均値を求める。
【００３１】
照合部４６は、上述した手順で求めた７つの相関係数の平均値が、所定の閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上の平均値を導出した「登録データ」を読み出して、被認証者が当該「登録データ」のユーザである旨を判定する。一方、上記７つの相関係数の平均値が、所定の閾値を超えない場合には、照合部４６は、被認証者の認証が失敗した旨を判定する。上述した判定結果は、図９に示されるように、照合部４６から認証結果表示部２０に出力される。なお、上述した閾値ついては、要求される認証の精度等に鑑みて、適宜決定することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明のバイオメトリック個人認証方法について、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。
【００３３】
図１について上述した認証システム１０を構築し、４名の被験者（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の協力を得て、本システムの動作実験を行なった。最初に、予め、４名の被験者（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のそれぞれについて、認証システム１０を用いて撮像した人差し指の側面の屈伸運動の連続画像から「曲率のプロフィール」を算出し、各人の「登録データ」として記録した。なお、「登録データ」は、７通りの「指の曲げ角度θ（15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°）」について、その角度ごとに「曲率のプロフィール」を算出し、それらを「登録データ」として記録した。
【００３４】
次に、認証システム１０を用いて、１つの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった。なお、１つの「登録データ」と被験者の組み合わせにつき、複数回（８〜１０回）照合を行なった。なお、本実施例においては、７通りの「指の曲げ角度θ（15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°）」について取得した「曲率のプロフィール」につき、角度ごとに「登録データ」との相関係数を算出し、これらの７つの相関係数の平均値を照合対象とした。また、本実施例においては、上記相関係数の平均値が所定値以上である場合に本人と判定するものとし、本実施例においては、本人照合の基準を「0.967以上」とした。
【００３５】
下記表１〜４に実験結果を示す。下記表１は、被験者Ａの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、下記表２は、被験者Ｂの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、下記表３は、被験者Ｃの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、下記表４は、被験者Ｄの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、それぞれ示す。下記表１〜４においては、算出された相関係数を「指の曲げ角度θ」（15°〜 45°）ごとに示し、最下段にその平均値(Avr.)を示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】
上記表１〜４に示されるように、本実施例の認証システムは、被験者自身の「登録データ」に対し本人が照合を行なった場合、のべ３５回の試行において３１回本人と判定する結果となった。具体的には、被験者Ａ（表１（I) 参照）および被験者Ｂ（表２（I) 参照）については、相関係数の平均値の全てが本人照合の基準「0.967」を上回る結果となり、被験者Ａおよび被験者Ｂを本人と判定することができた。一方、被験者Ｃについては２回目と３回目（表３（I)
参照）、被験者Ｄについては８回目と９回目（表４（I) 参照）において、相関係数の平均値が本人照合の基準「0.967」を下回る結果となり、本人による照合が拒否された（本人拒否率＝4/35＝11.4％）。
【００４１】
一方、本実施例の認証システムは、登録者以外の他人が照合を行なった場合、のべ１１７回の試行において１度も他人を受け入れなかった。具体的には、被験者Ａの「登録データ」に対して、被験者Ｂ,Ｃ,Ｄが照合した場合（表１（II) 〜 (IV) 参照）、被験者Ｂの「登録データ」に対して、被験者Ａ,Ｃ,Ｄが照合した場合（表２（II)
〜 (IV) 参照）、被験者Ｃの「登録データ」に対して、被験者Ａ,Ｂ,Ｄが照合した場合（表３（II) 〜 (IV) 参照）、および、被験者Ｄの「登録データ」に対して、被験者Ａ,Ｂ,Ｃが照合した場合（表４（II)
〜 (IV) 参照）のいずれについても、その相関係数の平均値の全てが本人照合の基準「0.967」を下回る結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上、説明したように、本発明によれば、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システムが提供される。本発明は、なりすまし耐性の向上に寄与することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態のバイオメトリック認証システムを示す図。
【図２】本実施形態におけるセンサ部を示す図。
【図３】時系列的に撮像されたユーザの指の連続画像を示す図。
【図４】指の２次元画像について行なわれる画像処理を時系列的に示す図。
【図５】図４（ｄ）に示した図を白黒反転して示した図。
【図６】曲率の算出方法について説明するための概念図。
【図７】曲率と細線上の位置の対応関係を示す図。
【図８】指の曲げ角度θの定義を示す図。
【図９】本実施形態のバイオメトリック認証システムの機能ブロック図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…バイオメトリック認証システム、１２…センサ部、１４…個人認証部、１６…ユーザ、１８…指、２０…認証結果表示部、３０…筐体、３２…開口部、３４…撮像手段、４０…特徴量算出部、４２…特徴量記憶部、４６…照合部、
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個人認証技術に関し、より詳細には、なりすまし耐性を有するバイオメトリック認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から個人認証技術については様々な検討がなされており、近年、本人に固有の生体特徴を認証情報として利用するバイオメトリック認証が多くの場面で採用されている。しかしながら、最近、利用者の残留指紋に基づいて人工的に模型指などを作成した悪意の第三者による「なりすまし」の問題が指摘されている。この点につき、指紋などの静止２次元画像情報に比べて盗み出すことが困難とされる人間の動きに着目し、当該動きから抽出される特徴量を認証情報として利用することが検討されており、例えば、歩行、キーストローク、署名などに関連する人間の動きの特徴量から個人を特定するための認証情報を生成する研究が行われている。
【０００３】
しかしながら、これらの動きはどれも再現性が低く、これらを認証情報として用いるシステムが高い認証精度を実現するのは困難であると言われていた。例えば、特開２００２−１４２２５５号公報（特許文献１）は、唇の動きを用いて本人認証を行なうバイオメトリック認証システムについて開示するが、唇の動きの何をもって認証情報とするのかについては、具体的に開示するものではなく、また、唇の動きの再現性が認証情報として用いるに足るものであるか否かについて、何ら推認しうるものではなかった。
【特許文献１】特開２００２−１４２２５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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、本発明は、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システム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】
【０００５】
本発明者は、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証の構成につき鋭意検討した結果、ユーザに一意な情報として、数ある人間の動きの中から、指の屈伸運動に着目した。本発明者は、人間の指の関節が1自由度の蝶番関節であることに加え、第１関節と第２関節の間に腱が存在しており、両者の動きが連動していることから、指の屈伸運動の再現性は極めて高いと考えた。この着想の下、指の屈伸運動におけるそのシルエット形状の時系列的な変化を、曲率の概念を用いて特徴量として定義し、この特徴量から認証情報を生成することに成功し、本発明に至ったのである。
【０００６】
すなわち、本発明によれば、指の屈伸運動計測を利用した個人認証方法であって、被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するステップと、前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、前記指の輪郭線を抽出し、抽出した前記輪郭線について曲率のプロフィールを求め、前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を求めたのち、前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて記憶するステップとを含み、被認証者の前記曲率のプロフィールを所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なうことを特徴とする個人認証方法が提供される。本発明においては、前記照合は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を求め、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較することによって行うことができる。また、本発明においては、前記曲率のプロフィールは、前記輪郭線を走査することによって求めることができる。さらに、本発明においては、前記指の曲げ角度は、前記輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて求めることができる。
【０００７】
また、本発明によれば、指の屈伸運動計測を利用した個人認証システムであって、被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するセンサ部と、前記センサ部が取得したデジタル画像の情報が入力される個人認証部とを含み、前記個人認証部は、特徴量算出部と、特徴量記憶部と、照合部とを含んで構成され、前記特徴量算出部は、前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、前記指の輪郭線を抽出し、抽出した前記輪郭線の曲率のプロフィールを導出し、前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を算出したのち、前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて特徴量として定義する機能手段と、前記特徴量を特徴量記憶部に記憶する機能手段とを含み、前記照合部は、前記特徴量算出部が定義する被認証者の特徴量と前記特徴量記憶部に記憶された特徴量とを、所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なう機能手段を含む個人認証システムが提供される。本発明においては、前記照合部は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を算出し、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較する機能手段を含むことができる。また、本発明においては、前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線を走査して前記曲率のプロフィールを導出する機能手段を含むことができる。さらに、本発明においては、前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて前記指の曲げ角度を算出する機能手段を含むことができる。
【発明の効果】
【０００８】
上述したように、本発明によれば、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システムが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
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。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態であるバイオメトリック認証システム１０（以下、認証システム１０として参照する）を示す。本実施形態の認証システム１０は、センサ部１２と個人認証部１４を含んで構成されている。センサ部１２は、被認証者であるユーザ１６の指１８（好ましくは、人差し指）が挿入され、指１８の屈伸運動を撮像可能に構成されている。個人認証部１４は、システム・コントローラとして機能するＣＰＵ、アプリケーション・ソフトウェアの実行空間を与えるためのＲＡＭ、処理を行うためのデータ、ジョブログ、またはプログラムなどを格納したＲＯＭ、および、ハードディスクなどの記憶デバイスを備えるパーソナルコンピュータを含んで構成されており、ＭａｃＯＳ（商標）、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、ＵＮＩＸ（登録商標）、ＬＩＮＵＸ（登録商標）またはそれ以外の適切なオペレーション・システムを使用し、Ｃ、Ｃ＋＋、Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋、ＶｉｓｕａｌＢａｓｉｃ、Ｊａｖａ（登録商標）などにより記述されたアプリケーション・プログラムを格納し、実行することによって、センサ部１２が撮像した指１８の画像に基づいてユーザ１６の個人認証を行なうための機能手段を提供する。また、本実施形態においては、個人認証部１４が導出した認証結果を認証結果表示部２０に表示することができ、ユーザ１６はこれを視認することによって認証結果を知ることができる。なお、図１には図示していないが、個人認証部１４が導出した認証結果を所望の制御手段（例えばドアのロック開閉制御手段）に出力するように構成することもできる。
【００１１】
図２は、本実施形態におけるセンサ部１２を示す図であり、図２（ａ）は、その側面図を示し、図２（ｂ）は、その上面図を示す。図２（ａ）に示すように、センサ部１２は、撮像空間としての筐体３０を備えている。筐体３０には、指１８を挿入するための開口部３２が形成されており、個人認証の際、ユーザ１６は、指１８の腹を下に向けた状態で、指１８を開口部３２から筐体３０内に挿入する。筐体３０の内部は、指１８を少なくとも第２関節（近位指節間関節）まで挿入し、指１８の第１および第２関節を曲げて屈伸運動をするのに充分な空間を備えている。なお、図２においては、説明の便宜のため、筐体３０内に挿入した指１８を透視して示している。
【００１２】
さらに、本実施形態におけるセンサ部１２は、図２（ｂ）に示すように、筐体３０の側面側を撮像可能に位置決めされた撮像手段３４を含んで構成されている。なお、本発明における撮像手段３４は、画像を連続的に撮像し、これをデジタル信号に変換して出力しうる手段であればよく、ＣＣＤビデオカメラを用いることができる。なお、図２（ｂ）においては、撮像手段３４を筐体３０の横脇に位置決めして配置した態様を示したが、これに限らず、反射ミラーなどを含む光学系を利用してよりコンパクトに構成することもできる。
【００１３】
また、筐体３０の側面３０ａは、撮像手段２０による撮像に鑑みて光透過性の材料で構成されており、また、もう一方の側面３０ｂは、指１８の色との関係で、コントラストを考慮した色彩を備えており、指１８の撮像における背景として機能している。本実施形態においては、ユーザ１６が筐体３０に指１８を挿入したことをセンサ等によって感知し、自動的に筐体３０の側面側の撮像を開始するように構成することもできる。
【００１４】
使用に際し、ユーザ１６は、筐体３０に指１８を挿入した状態で、指１８を屈伸させる。その結果、撮像手段２０によって指１８の屈伸運動の様子が連続的に撮像され、複数の２次元画像情報として取得される。図３は、撮像手段２０によって時系列的に撮像されたユーザ１６の指１８の連続画像を示す。図３に示されるように、指１８は、その屈伸運動に伴って、その側面から見たシルエット形状が変化することが理解されよう。この時系列的な変化は、指関節の構造上再現性が高いため、本発明においては、当該変化を特徴量として抽出し、これを、ユーザ１６に一意な認証情報として用いるものである。
【００１５】
上述した手順でセンサ部１２によって取得された指１８の屈伸運動を側面から撮像した連続的な２次元画像情報は、デジタル信号に変換され、個人認証部１４に入力される。個人認証部１４においては、指１８の２次元画像情報から特徴量が算出され、これに基づいてユーザ１６に一意な認証情報を生成される。以下、本実施形態における特徴量算出の工程について、図４〜８を参照して説明する。
【００１６】
本実施形態における特徴量の算出においては、まず、センサ部１２から取得したデジタル画像について所定の画像処理が施される。この点につき図４を参照して以下説明する。図４は、センサ部１２から取得した指１８の連続的な２次元画像のうちの一つについて画像処理が行なわれる態様を時系列的に示す。本実施形態においては、まず、図４（ａ）に示した、センサ部１２によって取得された画像に対して背景画素を黒(輝度値０)、指部分を白(輝度値２５５)に二値化する二値化処理が施される。図４（ｂ）は、二値化処理後の画像を示す。次に、図４（ｂ）に示す二値化処理後の画像において、指１８の輪郭となるエッジ画素を抽出する、エッジ画素抽出処理が施される。エッジ画素の抽出は、ラプラシアンフィルタ等を適宜用いて行なうことができる。図４（ｃ）は、エッジ画素抽出処理後の画像を示す。図４（ｃ）に示したエッジ画素抽出処理後の画像においては、指１８の側面の輪郭線が１画素幅の細線として構成されている。
【００１７】
本実施形態における認証情報の生成においては、図４（ｃ）に示される指１８の側面の輪郭線に沿って、その曲率を順次算出する。以下、この曲率算出処理について、図５および図６を参照して説明する。
【００１８】
図５は、図４（ｃ）に示した図を説明の便宜のため白黒反転して示した図である。本実施形態においては、図５に示す輪郭線Ｅについて、図中に示す「ＳＴＡＲＴ」という地点から始め、図中に示す「ＥＮＤ」という地点に至るまで、図中の破線矢印で示すように、輪郭線Ｅを走査して順次曲率を算出していく。ここで、曲率とは、曲線の曲がりの程度を表す量をいい、二次元の場合、曲線上の任意の３点で作られる三角形の外接円半径Ｒの逆数（１／Ｒ）で与えられ、曲がりの程度が大きい程、大きくなる。
【００１９】
図６（ａ）は、図５において破線の丸で囲んだ部分を拡大して示す図であり、図６（ｂ）は、図６（ａ）において四角の実線で囲んだ部分をさらに拡大して示す図である。本実施形態においては、図６（ｂ）に示すように、輪郭線Ｅ上に存在する３点（I、II、III)で作られる三角形Ｔの外接円Ｓについて、その半径Ｒの逆数（１／Ｒ）が、曲率として定義される。図６（ｂ）に示す輪郭線Ｅ上の３点（I、II、III)は、それぞれ、輪郭線Ｅを構成する１画素（１ピクセル）として定義されるものであり、ピクセル(I)とピクセル(II)の間の距離ｄ１、ならびに、ピクセル(II)とピクセル(III)の間の距離ｄ２を固定した状態で、輪郭線Ｅ上の点（I）を１画素ずつ移動させながら、その都度、上述した３点（I、II、III)の座標を求め、それらの値からその位置の曲率（１／Ｒ）を算出する。本実施形態においては、曲率の算出に伴って移動した画素の積算値を追跡画素数として定義する。
【００２０】
図７は、曲率と輪郭線Ｅ上の位置の相関関係を説明するための図である。図７（ａ）は、上述した手順で算出した輪郭線Ｅの曲率と追跡画素数との関係を示している。この関係は、指１８の側面の輪郭線Ｅの曲率のプロフィールを定義するものである。図中の丸で囲んだ符号１〜６が示すように、輪郭線Ｅの曲率と追跡画素数との関係は、６つの極値（極大値／極小値）を示している。ここで、符号１〜６が示す極値は、図７（ｂ）における輪郭線Ｅ上の丸で囲んだ符号１〜６が示す位置の曲率に対応していることを理解されたい。すなわち、図７（ｂ）に示す、指の第２関節に関連した符号１および符号６の部分、指の第１関節に関連した符号２および符号５の部分、爪の付け根に対応する符号３の部分、ならびに、指の先端部に対応する符号４の部分における曲率は、常に極値（極大値／極小値）を示す。ここで、指の先端部に対応する符号４の部分において曲率は常に最小値となることから、算出した曲率が最小値を示す位置を指の先端部として特定し、指の先端部の位置から符号１〜符号６の位置を演繹的に特定することができる。
【００２１】
ここで注目すべき点は、上述した「曲率のプロフィール」は、ユーザに一意なものであり、且つ、それが指１８の屈伸運動に伴って変化するということである。すなわち、同一人物の指であっても指の曲げ具合によって、その時々の「曲率のプロフィール」は全て異なる。このことは、本実施形態の認証システム１０が、その認証の際に、一人のユーザについて、連続画像のコマ数分の「曲率のプロフィール」を取得していること、すなわち、一人のユーザについて、一意な認証情報を短時間の間に大量に取得していることを意味する。本発明は、指の屈伸運動における、この「曲率のプロフィール」の変化に着目し、この変化、すなわち、複数の「曲率のプロフィール」の総体を特徴量として定義するものである。
【００２２】
この点が、従来の指紋や静脈の静止２次元画像を利用する認証システムと大きく異なる点である。たとえば、あるユーザの指の側面の静止２次元画像が盗用された場合を考える。そのような静止２次元画像をもって本実施形態の認証システム１０に対しなりすましを試みたとしても、認証システム１０は、認証に際して、指の屈伸運動に伴う時系列的な変化についての情報、すなわち、複数の「曲率のプロフィール」をユーザに要求するものであるため、そのようななりすましは成功しない。ここで、もし仮に、指の屈伸運動の再現性が低いと、なりすまし強度の問題以前に認証方法として成立しないが、人間の指の関節が1自由度の蝶番関節であることに加え、第１関節と第２関節の動きが連動していることから、指の屈伸運動の再現性は極めて高いため、本発明の認証方法は有効に機能するのである。
【００２３】
ここで、上述した連続画像のコマ数分の「曲率のプロフィール」のうち、どれを採択して認証情報を生成するのかは、情報処理装置の処理コストと認証精度を比較考量して決定することができる。本実施形態においては、所定の「指の曲げ角度」における「曲率のプロフィール」を抽出し、これら複数の「曲率のプロフィール」から認証情報を生成する。なお、本実施形態においては、上述した「指の曲げ角度」を図８に示すθとして定義する。すなわち、本実施形態においては、指の第２関節に関連する符号１の位置にある画素Ｏと符号６の位置にある画素Ｐを結んだ線分の中点Ｍを通る垂直二等分線Ｌ１を基準線とし、中点Ｍと、指の先端部に対応する符号４の位置にある画素Ｑとを結んだ線分Ｌ２とＬ１とが為す角度θを「指の曲げ角度」として定義する。符号１、４、６の位置の求め方は既に上述したとおりである。
【００２４】
以上、図４〜８を参照して本実施形態における特徴量算出の手順について説明してきたが、続いて、本実施形態の認証システム１０における個人認証のアルゴリズムについて、図９を参照しながら以下説明する。
【００２５】
図９は、本実施形態の認証システム１０の機能ブロック図を示す。図１について上述した個人認証部１４は、特徴量算出部４０と、特徴量記憶部４２と、照合部４６とを含んで構成されている。認証システム１０の使用に際して、ユーザ登録をする場合には、特徴量算出部４０は、図４〜８について上述した手順に従って、センサ部１２から取得した、指の屈伸運動に伴う一連のデジタル画像の全てについて、「曲率のプロフィール」と、それに対応する「指の曲げ角度θ」を求め、両者を対応づけたデータを特徴量として定義する。この特徴量をユーザの個人情報（氏名・性別・年齢等）に関連づけて、ハードディスクなどの記憶デバイスによって構成される特徴量記憶部４２に記憶する。
【００２６】
次に、本実施形態の認証システム１０が行なう個人認証の手順について、同じく図９を参照して、以下説明する。最初に、被認証者であるユーザが認証システム１０のセンサ部１２に指を挿入して屈伸運動を行なうと、特徴量算出部４０は、センサ部１２から入力される指の撮像画像から、図４〜８について上述した手順に従って、「曲率のプロフィール」を導出し、これを指の曲げ角度θに対応づけたものを「照会データ」として照合部４６に出力する。
【００２７】
照合部４６は、特徴量算出部４０から入力された「照会データ」から、所定の指の曲げ角度θに対応する「曲率のプロフィール」を抽出する。ここでは、説明の便宜のため、指の曲げ角度θ＝１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°という７つの角度に対応する「曲率のプロフィール」を抽出する場合を例にとって説明する。
【００２８】
次に、照合部４６は、特徴量記憶部４２に記憶された「登録データ」を登録ユーザごとに読み出し、その中から、指の曲げ角度θ＝１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°に対応する「曲率のプロフィール」を抽出する。
【００２９】
その後、照合部４６は、特徴量算出部４０から入力された「照会データ」から抽出した「曲率のプロフィール」と、特徴量記憶部４２に記憶された、各「登録データ」から抽出した「曲率のプロフィール」との間の相関係数を、指の曲げ角度θごとに算出する。この際、相関係数の算出に用いるデータ数を一致させるために、輪郭線Ｅ上の曲率の極値を示す所定の位置を基準点に定めて、比較するデータ数を揃えることが好ましい。たとえば、図７（ｂ）に示す符号５（第一関節の内側）の位置）を基準点とし、符号５の位置から、図５に示す「ＳＴＡＲＴ」側にさかのぼってＸ[Ｐｉｘｅｌ］、「ＥＮＤ」側に下ってＹ[Ｐｉｘｅｌ］、合わせて（Ｘ+Ｙ）[Ｐｉｘｅｌ］の追跡画素数の範囲における「曲率のプロフィール」を相関係数の算出対象とする。
【００３０】
最後に、このようにして算出した、指の曲げ角度θ＝１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°における、「曲率のプロフィール」の相関係数について、これらの平均値を求める。
【００３１】
照合部４６は、上述した手順で求めた７つの相関係数の平均値が、所定の閾値以上であるか否かを判定し、閾値以上の平均値を導出した「登録データ」を読み出して、被認証者が当該「登録データ」のユーザである旨を判定する。一方、上記７つの相関係数の平均値が、所定の閾値を超えない場合には、照合部４６は、被認証者の認証が失敗した旨を判定する。上述した判定結果は、図９に示されるように、照合部４６から認証結果表示部２０に出力される。なお、上述した閾値ついては、要求される認証の精度等に鑑みて、適宜決定することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明のバイオメトリック個人認証方法について、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。
【００３３】
図１について上述した認証システム１０を構築し、４名の被験者（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）の協力を得て、本システムの動作実験を行なった。最初に、予め、４名の被験者（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）のそれぞれについて、認証システム１０を用いて撮像した人差し指の側面の屈伸運動の連続画像から「曲率のプロフィール」を算出し、各人の「登録データ」として記録した。なお、「登録データ」は、７通りの「指の曲げ角度θ（15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°）」について、その角度ごとに「曲率のプロフィール」を算出し、それらを「登録データ」として記録した。
【００３４】
次に、認証システム１０を用いて、１つの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった。なお、１つの「登録データ」と被験者の組み合わせにつき、複数回（８〜１０回）照合を行なった。なお、本実施例においては、７通りの「指の曲げ角度θ（15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°）」について取得した「曲率のプロフィール」につき、角度ごとに「登録データ」との相関係数を算出し、これらの７つの相関係数の平均値を照合対象とした。また、本実施例においては、上記相関係数の平均値が所定値以上である場合に本人と判定するものとし、本実施例においては、本人照合の基準を「0.967以上」とした。
【００３５】
下記表１〜４に実験結果を示す。下記表１は、被験者Ａの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、下記表２は、被験者Ｂの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、下記表３は、被験者Ｃの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、下記表４は、被験者Ｄの「登録データ」に対し、本人および本人以外の３名が照合を行なった結果を、それぞれ示す。下記表１〜４においては、算出された相関係数を「指の曲げ角度θ」（15°〜 45°）ごとに示し、最下段にその平均値(Avr.)を示した。
【００３６】
【表１】
【００３７】
【表２】
【００３８】
【表３】
【００３９】
【表４】
【００４０】
上記表１〜４に示されるように、本実施例の認証システムは、被験者自身の「登録データ」に対し本人が照合を行なった場合、のべ３５回の試行において３１回本人と判定する結果となった。具体的には、被験者Ａ（表１（I) 参照）および被験者Ｂ（表２（I) 参照）については、相関係数の平均値の全てが本人照合の基準「0.967」を上回る結果となり、被験者Ａおよび被験者Ｂを本人と判定することができた。一方、被験者Ｃについては２回目と３回目（表３（I)
参照）、被験者Ｄについては８回目と９回目（表４（I) 参照）において、相関係数の平均値が本人照合の基準「0.967」を下回る結果となり、本人による照合が拒否された（本人拒否率＝4/35＝11.4％）。
【００４１】
一方、本実施例の認証システムは、登録者以外の他人が照合を行なった場合、のべ１１７回の試行において１度も他人を受け入れなかった。具体的には、被験者Ａの「登録データ」に対して、被験者Ｂ,Ｃ,Ｄが照合した場合（表１（II) 〜 (IV) 参照）、被験者Ｂの「登録データ」に対して、被験者Ａ,Ｃ,Ｄが照合した場合（表２（II)
〜 (IV) 参照）、被験者Ｃの「登録データ」に対して、被験者Ａ,Ｂ,Ｄが照合した場合（表３（II) 〜 (IV) 参照）、および、被験者Ｄの「登録データ」に対して、被験者Ａ,Ｂ,Ｃが照合した場合（表４（II)
〜 (IV) 参照）のいずれについても、その相関係数の平均値の全てが本人照合の基準「0.967」を下回る結果となった。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上、説明したように、本発明によれば、なりすまし耐性を有する新規なバイオメトリック個人認証方法及びバイオメトリック個人認証システムが提供される。本発明は、なりすまし耐性の向上に寄与することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本実施形態のバイオメトリック認証システムを示す図。
【図２】本実施形態におけるセンサ部を示す図。
【図３】時系列的に撮像されたユーザの指の連続画像を示す図。
【図４】指の２次元画像について行なわれる画像処理を時系列的に示す図。
【図５】図４（ｄ）に示した図を白黒反転して示した図。
【図６】曲率の算出方法について説明するための概念図。
【図７】曲率と細線上の位置の対応関係を示す図。
【図８】指の曲げ角度θの定義を示す図。
【図９】本実施形態のバイオメトリック認証システムの機能ブロック図。
【符号の説明】
【００４４】
１０…バイオメトリック認証システム、１２…センサ部、１４…個人認証部、１６…ユーザ、１８…指、２０…認証結果表示部、３０…筐体、３２…開口部、３４…撮像手段、４０…特徴量算出部、４２…特徴量記憶部、４６…照合部、
【特許請求の範囲】
【請求項１】
指の屈伸運動計測を利用した個人認証方法であって、
被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するステップと、
前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、
前記指の輪郭線を抽出し、
抽出した前記輪郭線について曲率のプロフィールを求め、
前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を求めたのち、
前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて記憶するステップと
を含み、
被認証者の前記曲率のプロフィールを所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なうことを特徴とする、個人認証方法。
【請求項２】
前記照合は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を求め、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較することによって行なわれる、請求項１に記載の個人認証方法。
【請求項３】
前記曲率のプロフィールは、前記輪郭線を走査することによって求められる、請求項１または２に記載の個人認証方法。
【請求項４】
前記指の曲げ角度は、前記輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて求められる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の個人認証方法。
【請求項５】
指の屈伸運動計測を利用した個人認証システムであって、
被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するセンサ部と、
前記センサ部が取得したデジタル画像の情報が入力される個人認証部とを含み、
前記個人認証部は、
特徴量算出部と、特徴量記憶部と、照合部とを含んで構成され、
前記特徴量算出部は、
前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、
前記指の輪郭線を抽出し、
抽出した前記輪郭線の曲率のプロフィールを導出し、
前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を算出したのち、
前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて特徴量として定義する機能手段と、
前記特徴量を特徴量記憶部に記憶する機能手段とを含み、
前記照合部は、
前記特徴量算出部が定義する被認証者の特徴量と前記特徴量記憶部に記憶された特徴量とを、所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なう機能手段を含む
個人認証システム。
【請求項６】
前記照合部は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を算出し、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較する機能手段を含む、請求項５に記載の個人認証システム。
【請求項７】
前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線を走査して前記曲率のプロフィールを導出する機能手段を含む、請求項５または６に記載の個人認証システム。
【請求項８】
前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて前記指の曲げ角度を算出する機能手段を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の個人認証システム。
【請求項１】
指の屈伸運動計測を利用した個人認証方法であって、
被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するステップと、
前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、
前記指の輪郭線を抽出し、
抽出した前記輪郭線について曲率のプロフィールを求め、
前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を求めたのち、
前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて記憶するステップと
を含み、
被認証者の前記曲率のプロフィールを所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なうことを特徴とする、個人認証方法。
【請求項２】
前記照合は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を求め、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較することによって行なわれる、請求項１に記載の個人認証方法。
【請求項３】
前記曲率のプロフィールは、前記輪郭線を走査することによって求められる、請求項１または２に記載の個人認証方法。
【請求項４】
前記指の曲げ角度は、前記輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて求められる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の個人認証方法。
【請求項５】
指の屈伸運動計測を利用した個人認証システムであって、
被認証者の指の屈伸運動を撮像した連続画像であって、前記指の側面を撮像した複数のデジタル画像を取得するセンサ部と、
前記センサ部が取得したデジタル画像の情報が入力される個人認証部とを含み、
前記個人認証部は、
特徴量算出部と、特徴量記憶部と、照合部とを含んで構成され、
前記特徴量算出部は、
前記指の側面の複数のデジタル画像ごとに、
前記指の輪郭線を抽出し、
抽出した前記輪郭線の曲率のプロフィールを導出し、
前記曲率のプロフィールから指の曲げ角度を算出したのち、
前記曲率のプロフィールを前記指の曲げ角度と対応づけて特徴量として定義する機能手段と、
前記特徴量を特徴量記憶部に記憶する機能手段とを含み、
前記照合部は、
前記特徴量算出部が定義する被認証者の特徴量と前記特徴量記憶部に記憶された特徴量とを、所定の指の曲げ角度ごとに照合することによって認証を行なう機能手段を含む
個人認証システム。
【請求項６】
前記照合部は、被認証者の前記曲率のプロフィールについて、所定の指の曲げ角度ごとに相関係数を算出し、該相関係数の平均値と所定の閾値とを比較する機能手段を含む、請求項５に記載の個人認証システム。
【請求項７】
前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線を走査して前記曲率のプロフィールを導出する機能手段を含む、請求項５または６に記載の個人認証システム。
【請求項８】
前記特徴量算出部は、前記指の輪郭線の曲率の極値に対応する位置情報に基づいて前記指の曲げ角度を算出する機能手段を含む、請求項５〜７のいずれか１項に記載の個人認証システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２４５２３１（Ｐ２００９−２４５２３１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９１９２０（Ｐ２００８−９１９２０）
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年１１月１０日、バイオメカニズム学会発行の、第２８回バイオメカニズム学術講演会 ＳＯＢＩＭ２００７予稿集にて発表、該当ページ ｐ１３７〜ｐ１３８
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２２日（２００９．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月３１日（２００８．３．３１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成１９年１１月１０日、バイオメカニズム学会発行の、第２８回バイオメカニズム学術講演会 ＳＯＢＩＭ２００７予稿集にて発表、該当ページ ｐ１３７〜ｐ１３８
【出願人】（３０５０２７４０１）公立大学法人首都大学東京 (385)
【出願人】（８００００００８０）タマティーエルオー株式会社 (255)
【Ｆターム（参考）】
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