JP2005071118A - 個人認証装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 装置に習熟していない利用者による指の誤挿入や、悪意のある利用者による偽造指の挿入などから、指静脈認証装置の認識率の低下を低コストで防止する。
【解決手段】 指静脈画像を撮像する撮像部と、指の透過光を発光する光源と、画像の照合を行う画像演算部と、指の撮像位置を示すガイド部と、指とガイド部への接触を検知する検知部を設ける。さらに、指の腹側を照射する反射光を照射する光源と、指の先端部分によって押し込まれるスイッチ部と、指の先端部を透過する光源と、前記指の先端部を透過する光源を受光する受光素子とを設ける。さらに、装置の正規使用へ誘導する情報を示す表示手段を設ける。さらに、認証の安定性に応じて、全登録画像を対象に照合を行う１−Ｎ認証と事前に利用者本人を識別するＩＤ番号を入力しそれに対応した登録画像のみを対象に照合を行う１−１認証とを切り替える手段と登録データ更新を行う手段を設ける。
【選択図】 図２

Description

本発明は、人間の生体情報、特に指静脈パターンを利用して個人を識別する装置および方法に関する。

個人の所有物や情報に対するセキュリティ技術が重要視される中、利便性、機密性に優れた個人認証技術として、人間の生体情報を用いたバイオメトリクス認証が注目されている。従来のバイオメトリクス認証技術として、指紋、虹彩、音声、顔、手の甲の静脈、指静脈を利用したものなどが考案されている。特に、指静脈を利用した認証技術は指に光を当てるだけで認証ができるため心理的抵抗感が低く、また生体の内部情報を利用しているため耐偽造性に優れるという特長を持つ。

指静脈を利用した認証は次のように実現される。指の背側あるいは側面から指内部に向けて赤外光を照射すると、光は指内部で散乱した後、外部へ放射していく。このとき、血液中のヘモグロビンは周囲組織と比較して赤外光をより吸収するため、指の腹側から放射された透過光を撮像すると、指の腹側の皮下に分布する血管、すなわち指静脈が暗い影のパターンとなって可視化される。この画像を事前に登録しておき、提示された指の画像との相関を求めることで登録者か否かを判定し、個人認証を行う。

指静脈を用いた認証装置に関し、特許文献１には、指静脈を用いた個人認証装置が開示され、特に、撮影する際の光量のロスを少なくするため、光ファイバーを指に密着させて指画像を撮影することが開示されている。また特許文献２には、非接触性の求められる環境下における指静脈パターン画像による個人認証を行う装置および方法が開示されている。また特許文献３には、指静脈パターン認証における認証ごとの撮影条件を均一にさせるための指ガイド部と指先部のボタンスイッチを用いる装置が開示されている。

特開平7-21373号公報

特開2002-83298号公報 特開2003-30632号公報

従来の技術では、指静脈画像を再現よく撮像するために、認証装置に指の位置を固定する、あるいは誘導するためのガイド部を設置している。このガイド部に沿って指を挿入することで、指の形状の変動の要因、たとえば指の関節の角度や指の中心軸に対する立体回転角の変動、カメラとの距離変動などが抑制され、指静脈パターンの形状が再現よく撮像できる。

しかしながら、認証装置の使用に習熟していない利用者は、指ガイド部に指を接触させる、指に強い力を加え関節を曲げる、あるいは指の挿入角度が安定していないなど、指の誤挿入や変形が生じる場合がある。また、長期間使用している利用者は、再現よく指を提示できるが登録時の指の置き方とは違う置き方に推移し、登録パターンとの相関が低くなる場合がある。また、悪意のある利用者により、生体でない偽造指や偽造パターンを貼付した生体指が認証装置に挿入され、登録・認証が行われてしまう場合がある。

本発明では、指の誤挿入、変形、悪意のある利用者による偽造指の挿入を防止することにより使い勝手が良く、精度の高い認証装置を提供することを課題とする。

上記の目的を達成するために、本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記とおりである。

指静脈画像を撮像する撮像部と、指の透過光を発光する光源と、画像の照合を行う画像演算部と、指の撮像位置を示すガイド部と、指とガイド部への接触を検知する検知部とを設けた個人認証装置。

又、指の腹側を照射する反射光を照射する光源、指の先端部を透過する光源及び前記指の先端部を透過する光源を受光する受光素子、装置の正規使用へ誘導する情報を示す表示手段とを設ける。さらに、認証の安定性に応じて全登録画像を対象とする照合と利用者本人に対応した登録画像のみを対象とする照合と切り替える手段と登録データ更新を行う手段、等の構成を開示する。

本発明によれば、装置に習熟していない利用者による指の誤挿入や、悪意のある利用者による偽造指の挿入などから、指静脈認証装置の認識率の低下を低コストで防止することができる。

以下、本発明の実施例を詳細に説明する。

図１は、本発明を実現するためのシステム構成の概略図である。利用者は認証時に指１を認証装置６に挿入する。このとき指1の先端は指先ガイド部４に置かれ、指１の根元側は指置きガイド部９に置かれる。指１が装置に挿入されると認証処理が開始される。なお認証装置６は側面からの断面図である。

認証は次の手順で実行される。光源３より指１の背側から赤外光が照射される。光は指１、指挿入ガイド部５を透過し、赤外波長光のみ透過させる光学フィルタ７を透過して撮像装置２に到達する。光は撮像装置２により電気信号に変換され、画像入力手段１８を介し画像としてコンピュータ１０に取り込まれる。取り込まれた画像は一度メモリ１２に蓄えられる。そして、事前に登録されている指静脈画像を記憶装置１４よりメモリ１２に格納し、メモリ１２に格納されたプログラムによりＣＰＵ１１は登録画像と入力された画像との照合を行う。照合処理では比較する２枚の画像間の相関の値を算出し、その値に応じて登録されている画像と一致するかを判定する。この結果に応じて個人を認証し、正しく認証された場合は該認証システムの制御対象に対して認証時の処理を行う。

光源３はＬＥＤ、ハロゲンランプなど赤外光を発光する部品で構成される。本実施例では指の長手方向に複数個並べられたＬＥＤであるものとするが、ひとつの細長い形状の発光素子としてもよい。指の長手方向に光源を並べることで、指全体を満遍なく照射でき、指静脈パターンが全体的に鮮明に獲得できる。各ＬＥＤの制御はすべて同じ明るさに制御してもよく、各ＬＥＤを個別に制御してもよい。各ＬＥＤを個別に制御する場合は、関節部分などの指１の光透過率の高い部分の光量を抑えつつ、指の太い部分の光量を強めることができ、鮮明な指静脈パターンが獲得できる。

光源３から照射される光量の制御方法の一例を次に示す。まず、ある初期値の光量でＬＥＤを照射したときの、画像上のＬＥＤの映る各領域の位置の輝度値を調べる。ただし各ＬＥＤの画像上の位置は既知であるとする。その輝度値が適当な明るさであると認められる範囲内であればその光量を照射し続けるが、それよりも明るい場合はその画像位置に対応するＬＥＤの光量を下げ、暗い場合は光量を上げる。このような判定処理を各ＬＥＤの領域において行う。ここで、制御する光量の変化量は固定値としても可変値としてもよい。

光量制御の変化量が可変値となる場合の光量制御の一例を以下に示す。まず、各ＬＥＤについて光量の制御範囲の最大値と最小値の初期値を決める。ここで、光量の制御範囲とは、ＬＥＤに与える光量出力信号の制御値が取り得る範囲であり、この範囲を超えないように光量を制御する。またその最大値と最小値の初期値は各ＬＥＤの特性に応じて決定される。次に、全ＬＥＤの光量の制御値を制御範囲の中央に設定して光を照射し画像を獲得して、各ＬＥＤ位置周辺の輝度値を調べる。

もし輝度値が暗いときはその場所に位置するＬＥＤの光量を強くする必要がある。そこで、先にそのＬＥＤ位置周辺の輝度値を調べたときの光量の制御値を、その場所に位置するＬＥＤの光量制御範囲の新たな最小値としてに設定する。制御範囲を狭めた後、次段階で照射する光量の制御値を、制御範囲の中央に設定する。これにより次段階では先段階より強い光量が照射される。

また輝度値が明るいときは、その場所に位置するＬＥＤの光量を弱くする必要がある。そこで、先にそのＬＥＤ位置周辺の輝度値を調べたときの光量の制御値を、その場所に位置するＬＥＤの光量制御範囲の新たな最大値としてに設定する。制御範囲を狭めた後、次段階で照射する光量の制御値を、制御範囲の中央に設定する。これにより次段階では先段階より弱い光量が照射される。

もし輝度値が適切であれば当該ＬＥＤの光量を変化させず照射し続ける。このような明るさ判定と制御を各ＬＥＤすべてにおいて、全ＬＥＤの光量が変化しなくなるまで繰り返し行う。

以上の方法によると、制御の初めは光量の変化量が大きく、制御が進むにつれて微小な変化量となる。従って、変化量が固定である場合に比べ、微小な制御が可能な上に処理速度を向上することができる。ただし、制御が進むにつれ光量の制御範囲が狭くなるため、その範囲に最適解が存在しない場合は制御が収束しない可能性がある。これを解決するために、数回の制御で収束しなかった領域については、光量の制御範囲の最大値と最小値を初期状態にリセットする処理を設ける。これにより、再度制御範囲を広めることができる。

認証を開始する方法としては、認証スイッチ８を押下することによるもの、常に指１の画像を画像入力手段１８により取り込み続け、CPU１１により指１が完全に挿入されたと判定されたことによるもの、などがある。本実施例では、前者の方法によるものとする。利用者が指先ガイド部４を指先で押し下げると、同時に認証スイッチ８が押下される。このときインターフェイス１３を介してコンピュータ１０内部に認証スイッチ８が導通したとの信号が伝わり、ＣＰＵ１１が認証スイッチ８の押下状態を検知し、認証が開始される。

指先ガイド部４と指置きガイド部９は指１を2点で支えることにより、指１の水平方向の位置ずれを抑制し、指１と撮像装置２との距離を一定に保ち、さらに指１の腹側が装置に接触しないように保つ役割を果たす。もし指１の腹側が装置に接触した場合、指の腹側に分布する静脈が圧迫されて血液が通らなくなり、パターンが見えなくなる。

指静脈パターンの相関を求める前段階として指静脈パターンを抽出する画像処理が実行されている。その手法の一例を以下に示す。指静脈パターンは血管のない周囲に比べて暗い輝度値となる。すなわち血管の走行方向に垂直な断面の輝度値プロファイルは血管の中心をピークとした谷あるいは窪みが見られる。そこで画像の縦方向、横方向の全プロファイルについて、輝度値の谷あるいは窪みの中心を見つける。見つけ方はプロファイル曲線の開き角あるいは曲率を算出してもよく、また平均値の定理に基づき窪みを検出してもよい。そしてその点のみ強調されるようにその位置の輝度値を高くする。すると画像全体の暗線の中心が強調され、指静脈パターンが抽出される。この処理により、暗線が細い場合、近接した暗線がある場合、あるいは光量に変動がある場合でも、安定して鮮明に暗線を強調できる。さらに、血管の中心を抽出しているため、気温の変化、体調の変化などによる血管の膨張、収縮に対する血管幅の変動の影響を受けずに認証することが可能となる。

もし指１が指置きガイド部９に接していない状態で認証が開始された場合、接している状態とは画像上の指の拡大率が異なる。このような拡大率の変動を吸収するため、次のような画像処理を行う。まず、画像上に映る指の輪郭を抽出する。輪郭抽出方法としてはエッジ強調フィルタを画像全体に施し線の連結を調べる方法、エッジ部を順次追跡しその軌跡を得る方法など、従来の一般的な画像処理を用いることができる。次に、獲得した指輪郭の幅を調べる。輪郭幅の決定方法として、指の関節部分を画像処理により検出しその位置の輪郭幅を得る方法、画像中央位置の輪郭幅を得る方法などがある。その後、この輪郭幅に基づき指の拡大率を正規化する。正規化の方法としては、輪郭幅がある規定値より大きい場合は画像全体を縮小、また小さい場合は画像全体を拡大して、輪郭幅を規定値に合わせる方法、あるいは、輪郭幅が一律に規定の幅になるように弾性的に拡大縮小し、２本の輪郭線が平行直線になるように補正する方法などがある。これにより、指の撮像状態に拡大・縮小が含まれていても一定の拡大率に補正することが可能となり、指１が指置きガイド部９から離れた状態で認証が開始されても正しく認識することができる。
図２は指１が指挿入ガイド部５に接触した状態を検知する認証装置の一例である。

指静脈パターンの撮像時は、指１の腹側は接触のない状態とするため、指置きガイド部９と指先ガイド部４により指１を２点で支える。このとき、指先を支点として指１の関節に応力を加えると、指の腹側が反り返るように屈曲する。すると指１の関節位置が上下に変動を起こすため認証ごとの再現性が低下する。これを防ぐために指挿入ガイド部５を設け、変動が生じないよう空間を限定している。

しかしながら、上記の要領で指の関節を上下させると、指1の腹側が指挿入ガイド部５に接触する。すると、接触した部分や関節圧力が加わるため、その周辺部分から血液が逃げることになる。このような状態で、指先ガイド部４を押し下げるあるいは画像処理部により指挿入が確認されるなどで認証が開始された場合、撮像された指画像内の第1関節周辺には指静脈が映らない。従って個人を特徴付ける情報が欠落し、認識率が著しく低下する。

このような指挿入ガイド部５への指1の接触を検知するため、指挿入ガイド部５を支える部分に押下スイッチ２０を設置する。指1の接触により指挿入ガイド部５が全体的に押し下げられると、押下スイッチ２０も押し下げられる。この状態をＣＰＵ１１が検知し、もし押下スイッチ２０が押し下げられている場合は認証スイッチ８が押下された場合でも認証を開始しない。また、指挿入ガイド部５は、指先を支点として関節に応力を加え、指の腹側が反り返るように突っ張り屈曲させると触れる形状及び、配置とすることもできる。これにより、指表面の接触による静脈パターンの欠落状態で認証が実行されなくなり、認識率の低下を防ぐことができる。

指の接触を検知する手段としては、押下スイッチ２０の代わりに、赤外光を遮断しない材質あるいは赤外光の透過を阻害しない形状で作られた電気式、静電容量式、圧力式などの接触センサを指挿入ガイド部５の表面に分布させてもよい。これにより押下スイッチ２０を押し下げるだけのストローク移動が不要となり接触に対する感度を高められる。また押下スイッチ２０は指挿入ガイド部５の指先側の支え部分だけ、あるいは指付け根側の支え部分だけに設置されていてもよい。このとき、指挿入ガイド部５と認証装置６とが接合している、押下スイッチ２０のない側の接合部は、指１の接触時に該接合部を中心に指挿入ガイド部５が下側に微小に回転し押下スイッチ２０を押し下げるような形状であるとする。これにより押下スイッチ２０の押下をセンシングする処理やそれに必要な構成部品が削減でき装置製造コストを低下することができる。

また、指１と指挿入ガイド部５との接触を画像処理によって検出してもよい。画像処理による方法の一例としては、接触のある場合の画像は接触のない場合の画像に比べて指の関節部分の指領域が明るくなる傾向があり、この明るさを評価することで接触を検知することができる。画像処理による方法では、押下スイッチ２０が完全に不要となるため装置構造が簡略化され装置製造コストを低下できる。

指１と押下スイッチ５が接触したことを検出した場合、あるいはその状態で認証が開始された場合、利用者に対して指１の接触を知らせるため、表示手段１５あるいはスピーカ１７より警告を発することができる。これにより利用者に対して再認証を促し、装置の習熟度を向上させ、認識率の低下を防止することができる。

図３は指の腹側の表面の状態を検知する認証装置の一構成例である。反射光源２２は指１の腹側の表面を照射する位置に設置されている。また反射光源２２は光学フィルタ７を透過できる波長の光を発する。また反射光源２２の光量は指表面が撮像できる光量に調節される。

反射光源２２を消灯した状態で光源３を照射した場合は指静脈の映った画像が撮像され、光源３を消灯した状態で、反射光源２２を照射した場合は指の表面が映った画像が撮像される。すなわち、認証を行う場合は光源３を点灯し反射光源２２を消灯するが、その直前または直後に点灯、消灯の状態を入れ替え、指表面の反射光による指画像を取得し解析することで、認証を行うために獲得した指画像が妥当な指であるかを評価できる。

図４は図３の認証装置によって撮像された指表面の画像の一例である。光源３を照射せず反射光源２２を照射した場合、指静脈パターンはほぼ見えないが、指表面に見られる情報、たとえば指の関節部分に存在するしわ、指表面の汚れなどが撮像される。

図４(a)は指の長手方向の中心軸に対する回転がない場合の指の表面の画像である。指１の中心軸に対し、関節しわ３０は上下に偏りなく分布している。図４(b)は指の中心軸回転がある場合の指の表面の画像である。関節しわ３０は大きく下側に偏り、関節しわの端点３１が見られる。さらに指先には、関節しわ３０の偏りの方向とは逆の方向に爪３２も撮像されていることが分かる。つまり、指の関節しわ３０あるいは爪３２の撮像状態を調べることにより、指１が中心軸回転をしているかが判定できる。この回転を検出した場合には、利用者に対して警告を発し、認証処理を行わない。これにより誤認識を低減することが可能となる。 以下に、画像処理を用いて指の関節しわ３０の位置の偏りを検出する手法の一例を示す。まず得られた画像に対し、エッジ強調フィルタを施すことによって画像の縦方向成分の線を強調する。次に強調された画像を２値化、細線化する。その後、線が縦方向に連続して並んでいるかどうかを線追跡処理により評価する。もしその線が関節のしわ部分であれば比較的長距離の追跡が実行されることになる。この追跡長を元に、関節しわであるかを判定する。その後、辿った線分の端点の位置を求め、指の輪郭位置との距離関係を算出することで、関節しわの端点３１の位置に偏りがあるかを評価する。また、関節しわの端点３１を求めずに回転を検出する方法として、関節しわの分布の重心位置を算出し、この上下方向の位置に偏りがあるかを評価する方法がある。その他、従来の画像認識に基づく手法を利用して関節しわ３０の偏りを検出してもよい。以上の画像処理により、特別なセンサを用いずに指の回転検出が可能となり、装置製造コストを上げずに認識率の低下を防ぐことが可能となる。
以下に、爪３２を検出する画像処理の一例を示す。まず、小領域の濃度ヒストグラム分析や周波数成分分析などの一般的な手法により画像のテクスチャ分析を行い領域分割を実行した結果、指先付近の上部または下部に、ある面積以上の分割領域が連結している場合、あるいは統計的に算出された爪３２のテクスチャ特徴との比較で類似している領域がある場合は、その部分を爪３２と判定する。ただし従来の画像認識に基づくその他の手法により爪３２を検出してもよい。

図５は図３の認証装置によって撮像された、本物の生体指と、複写した指静脈パターンを貼付した指の画像である。

図５(a)は、光源３を照射し、反射光源２２を照射しない場合の指画像の一例である。ここでは鮮明な指静脈パターン４１が見えている。ただしこの画像からは指静脈が本物か複写かは判別できない。この状態から、光源３を消灯し、反射光源２２を照射する。このとき、撮像された指静脈パターンが本物の生体である場合、図５(b)のように指静脈パターンはほとんど見えない、あるいは不鮮明な指静脈パターン４０が確認される。しかしながら、光源３の光を透過する材質あるいは光に対して半透明な材質のシート上に光源３の光を遮断する材質の物体で偽造の指静脈パターンを描き指１に貼付する、あるいは直接指に光を遮断する物体でパターンを描いた場合、図５(c)のように反射光源２２のみの照射でも指静脈パターンが鮮明に確認される。従って、反射光のみで鮮明な指静脈パターンが撮像されるかを判定することにより、偽造パターン貼付の有無を判定できる。
光源３のみ照射したときに得られる画像と、反射光源２２のみ照射したときに得られる画像との高い相関が認められた場合は、偽造パターンが貼付あるいは直接描かれているものと判定し、利用者に対し、表示手段１５あるいはスピーカ１７を介して警告を発し、認証処理は行わないようにすれば良い。これにより、偽造指静脈パターンに対する誤認識を防止することが可能となる。

偽造された指静脈パターンの貼付だけでなく、指表面、あるいは指挿入ガイド部５、光学フィルタ７、撮像装置２のいずれかに汚れや埃が存在している場合にも、反射光源２２のみの照射で指画像に鮮明なパターンが映ることがある。これは、反射光源２２のみ照射した指画像に、周囲より目立って暗い部分が存在するかを検出することで判定できる。検出方法の一例としては、画像の指領域内を微分して得られる値がある閾値を越える場合は、その位置に鮮明なパターンが存在すると判定できる。ただし、その他の従来の画像処理方法によって鮮明に映るパターンを検出してもよい。鮮明に映るパターンの位置が毎回同じ場所であれば、装置内に汚れや埃がたまっていると判定でき、また位置が変動する場合は指に汚れが付着していると判定できる。この結果を表示手段１５あるいはスピーカ１７を介して利用者または管理者に通知する。この通知に基づき洗浄、清掃等の対策を施すことが可能となり、認識率の低下を防止できる。

図６は指の生体反応を検知する指静脈認証装置の一構成例である。指先ガイド部４に生体検知用光源５１が設置され、その上部に受光素子５０が設置されている。生体検知用光源５１は赤外光を発光し、指先を透過して受光素子５０に到達する。このとき、生体検知用光源５１より発せられた光ではなく、光源３より発せられた光が受光素子５０に到達することを防ぐため、光源３と受光素子５０との間に光遮蔽部材５２を設置してもよい。この受光素子５０により受光した光量の変動から生体指か否かを検知する。

図７は指の生体反応を検知する指静脈認証装置の一構成例である。図６との違いは、指静脈パターンの撮像用に用いる光源３を生体検知用光源として併用し、指先ガイド部４に受光素子５０を設置している点である。これにより部品点数を削減できる。

図８は図６あるいは図７における認証スイッチ８と受光素子５０の受光量のタイミングチャートの一例である。認証スイッチ８の押下タイミングと受光素子５０の受光量の変動タイミングを調べることにより、生体指かどうかを判定する。
指１が生体指である場合は、指１を指先ガイド部４に乗せた状態で、認証スイッチ８を押下する直前までは、受光素子５０の受光量には大きな変動はなく、脈拍に同期した微小な脈動あるいは指のぶれによる変動が確認されるほか、変動は起こらない。指先で認証スイッチ8を押下した場合、認証スイッチ８が導通し、流れる電流量が瞬間的に増加する。それと共に、指先が指先ガイド部４により圧迫を受け、指先の血量が低下し、生体検知用光源５１から発せられる光の透過率が高まる。これにより、認証スイッチ８の押下と同期して、受光素子５０の受光量が増加する。認証スイッチ８を押下する圧力が弱まると認証スイッチ８が非導通状態となり、それに伴って指先の血量が増加し、徐々に受光素子５０の受光量も減少していく。
指１が生体でない偽造指である場合は、指内に血流が流れていないため認証スイッチ押下前の脈動はなく、押下時の指先の血量も変化しない。従って、図８に示されるような受光素子５０の受光量の変動は見られない。このように、認証スイッチ８の押下のタイミング時の受光素子５０の受光量の変動量を評価することにより、生体指か偽造指かを判定することができる。

図９は透過光を指の側面より照射することで指静脈パターンを撮像する認証装置の形状における、上述の指挿入ガイド部５への接触検知、指の腹側の状態検知、生体指検知の機能を有する認証装置の一構成例である。認証装置６は側面の断面図および上部から見た図として示されている。光源３は指の側面に位置し、認証装置６の上部は開口している。側面から入射された光は指内部で散乱し指挿入ガイド部５、光学フィルタ７を通して撮像装置２に到達する。

このような側面透過光による認証装置においても、上述の認証装置とは光源３の位置が異なるだけであり、上述の実施例と同様、指挿入ガイド部５への接触検知、指の腹側の状態検知、生体指検知が実施できる。

図１０は登録時に利用者の指挿入状態を表示し正しい入れ方をガイドする登録画面の一例である。登録時は利用者のほとんどが認証装置に習熟していないため、指の挿入方法をガイドする必要がある。指1の撮像状態を表示手段１５により撮影画像モニタ６０に映し出し、指1の輪郭を合わせる目安となる輪郭ガイド６１を重ねて表示する。利用者はこの撮影画像モニタ６０を見ながら自分の指の位置を合わせることができる。このとき、指１が平面回転している、指１が中心軸回転している、指１が指挿入ガイド部５に接触している、指１が偽造指である、指１に偽造指静脈パターンが貼付されている、などの指状態をガイダンス文表示部６５に文章で表現する。さらに、ガイダンス表示部６３内部に指状態を示すガイダンス図６４を表示する。これらの情報を基に、利用者は指の状態をどのように補正すれば良いかを知ることができる。このように利用者が画面の案内に従い正しく登録作業を行うことで、登録時に管理者が行う作業を低減できる、あるいは管理者が立ち会う必要がなくなり、管理者の負担を軽減することができる。

登録データはただ１度の試行で獲得するより、何度か指を提示させ、その中から登録に相応しいデータを選択する方が、登録データの信頼性を高めることができる。また現在の入れ方が以前の入れ方とどの程度の違いがあるのかを利用者に示すことで習熟度を効率よく高めることができる。このような情報提示を行う登録の一実施例を以下に示す。
利用者が登録のために指を提示する毎に、1回目の試行あるいは過去の試行における指静脈パターンとのパターン照合を行い、パターンの変動の度合いを照合結果表示部６２に表示し、また指挿入の変動グラフ表示部６６に時系列に表示する。さらにガイダンス表示部６３に指の状態や変動した理由などの情報を表示してもよい。利用者はこのような履歴情報を見ながら何回も試行し、指１の入れ方に応じた指挿入の変動を視覚的に理解することができる。またこの履歴を用いて、指の入れ方の変動が大きいときはデータを登録せず、変動が小さい状態が続いた場合に指静脈パターンを登録することができる。この登録は利用者が手動で行ってもよいし、システムが自動的に判定して登録を行ってもよい。また登録データは１枚でもよく複数枚でもよい。

図１０の登録画像が情報伝達手段である図１の表示手段１５の代わりに、利用者に正しい入れ方をガイドする情報はスピーカ１７による音声を用いた伝達手段などで伝えてもよい。このような登録方法により利用者の習熟度を高めると共に、信頼性の高い登録データが獲得できる。

認証のモードとして、全登録画像を対象に照合を行う１−Ｎ認証と、事前に利用者本人を識別するＩＤ番号を入力しそれに対応した登録画像のみを対象に照合を行う１−１認証のモードを設ける実施例を説明する。１−Ｎ認証のモードでは指を装置に挿入した直後に認証が開始されるが、１−１認証では入力手段１６を用いてＩＤ番号を入力した後に指を挿入し、認証を行う。
認証結果や認証に必要な情報は、表示手段１５あるいはスピーカ１７を用いて利用者に提示することができる。表示手段としてはディスプレイ、液晶、ＬＥＤランプなどを用いることができる。またスピーカ１７から発する音としては音声、ビープ音などがある。
図１１、図１２、図１３は、１−Ｎ認証と１−１認証とを遷移する認証モードのフローチャートの一例である。１−N認証は個人を特定するID番号などの情報を入力することなく、登録した指を提示するだけで認証が実行される形態の認証モードであり、利用者から見た場合には利便性が高い。ただし、登録データとの照合における登録者判定の相関値の閾値は全登録者で共通となるため、本人データとの相関が低くなりやすい利用者は本人拒否が生じやすくなる。一方、１−１認証は、認証を受ける個人を特定するID番号などの情報を事前に入力した後、指を提示することで認証が実行される形態の認証モードであり、利便性は低下するが個人ごとに閾値を設定できるため装置に習熟していない利用者に対して認識率を高めることができる。本実施例では、登録データに１−Ｎ認証の有効／無効の属性を持たせ、１−N認証モード動作を自動的に有効／無効にすることで１システム内で２つの認証モードを個人ごとに切り替え、さらに登録データとの相関が低下していると判定された場合は登録データを自動更新することで、利便性を高め、かつ高認識率を実現する。

図１１は１−Ｎ認証と１−１認証の２つの認証モードの切り替えのフローチャートの一例である。初めにステップＳ１００にて初期化を行う。初期化は例えば撮像手段２、光源３、メモリ１２等の初期化を含む。次のステップＳ１１０では認証スイッチ８が押下されたかを判定する。押下された場合はＳ１２０の１−Ｎ認証モードを実行する。S１２０の1−Nモードの詳細は図１２を用いて後述する。押下されない場合はステップＳ１３０にてＩＤ番号の入力があるかを判定する。ＩＤ番号の入力があり、さらにＳ１４０で認証スイッチが押下されたと判定された場合は、Ｓ１５０の１−１認証モードを実行する。S１２０の1−Nモードの詳細は図１２を用いて後述する。各認証モードが終了した場合、Ｓ１６０で認証システムの認証モード自体から抜ける場合は終了、そうでない場合は再度認証モードを繰り返す。本手順によれば、利便性の高い１−Ｎ認証と信頼性の高い１−１認証が切り替わり、利便性と信頼性を共に含んだシステムが実現できる。

図１２は１−Ｎ認証を利用者単位に無効にする機能を有する１−Ｎ認証モードのフローチャートの一例である。ステップＳ２００において、１−Ｎ認証が有効となっている全登録データと挿入された指との照合を行い、パターンの相関を算出する。Ｓ２１０では相関の値を用いて登録者本人が登録されているかを判定する。もし登録されていないと判定された場合は本モードを終了する。登録されていると判定された場合、Ｓ２２０で認証された人物を特定し、認証処理を行う。ここで認証処理とは、扉を開ける、ＰＣにログインする、認証ログを残す、などの認証システムに応じた処理を指す。次に、Ｓ２３０では、S２２０で算出した相関の値が十分に高いかどうかを判定する。十分高い場合は、本モードを終了する。相関が十分高いとはいえない場合、認証はされるが安定した認証ができていない可能性がある。そこでＳ２４０では認証者に対応する不安定認証回数を読み込み、Ｓ２５０でその回数に１を加え再度保存する。さらに、Ｓ２６０ではこの不安定認証回数がある閾値Ｔ１を超えたかどうかを判定する。超えていない場合は本モードを終了する。もし超えた場合は不安定な認証が連続して、あるいは頻繁に繰り返されたと判定され、Ｓ２７０にて当該認証者の登録データの１−Ｎ認証属性を無効化する。これにより、当該認証者は次から１−Ｎ認証モードでは認証ができないようになり、自動的に１−１認証モードのみの認証が可能となる。その後、Ｓ２８０で不安定認証回数を０に初期化し、本モードを終了する。このとき、利用者に対して、音声、文字、ランプの点灯などにより１−Ｎ認証モードでの認証が不可となり、ＩＤ番号を毎度入力する１−１認証モードのみ対応できるようになったことを知らせることもできる。以上、図１２の手順により、１−Ｎ認証で安定した認証ができない利用者を1−1認証モードに自動的に変更できるため、信頼性を向上することができる。

図１３は１−Ｎ認証を利用者単位に有効にし、かつ登録データを差し替える機能を有する１−１認証モードのフローチャートの一例である。Ｓ３００では入力されたＩＤ番号に対応する登録データと、挿入された指のデータとの照合を行い相関の値を算出する。その後Ｓ３１０Ｓ３３０迄はＳ２１０からＳ２３０に対応する。Ｓ３３０で算出した相関値が十分高いと判定された場合はＳ３４０で当該認証者の安定認証回数を１つ増やす。さらにＳ３５０でこの安定認証回数がある閾値Ｔ２を超えたかを判定する。もし閾値を超えない場合は本モードを終了する。もし閾値を超えた場合は、安定した認証が連続して、あるいは頻繁に行えたことになり、Ｓ３６０でＩＤ番号に対応した登録データの１−Ｎ認証属性を有効にし、Ｓ３７０で安定/不安定認証回数を共に０に初期化する。そして本認証モードを終了する。

Ｓ３３０で算出した相関が十分に高いとはいえないと判定された場合、当該認証者の不安定認証回数に１を加える。さらにＳ３９０でこの回数がある閾値Ｔ３を越えるか判定する。超えなかった場合は本認証モードを終了する。超えた場合はＳ４００で安定/不安定認証回数を共に０に初期化する。さらにＳ４１０ではＩＤ番号に対応した登録データを、現在入力されたデータに置き換える。このデータは当該認証者のデータであると正しく確認済みであるため、意図的に他人のデータを登録することはできず、データの信頼性が保たれている。そしてＳ４２０で登録データの置き換えを認証システム管理者に通知する。そして本認証モードを終了する。

図１３のＳ４１０では、現在入力されたデータを登録データに置き換えている。これは、自動的に登録データを更新することに対応する。これにより、１−Ｎ認証モードかつ１−１認証モードで相関値が高めになって安定した認証ができない利用者が、現在の指の入れ方において最も相関が高くなるようにできる。この効果は、登録時の指の入れ方と運用時での指の入れ方に変化が生じている利用者の認識率を高めると共に、指静脈パターンの経年変化や体調変化、病気、成長過程によって変動している場合においても有効であり、データの自動更新によりシステムの運用コストをかけずに認識率を高く保つことが可能となる。また利用者によっては季節変動に伴う気温の変化で血流量が変動し、指静脈パターン画像の鮮明度が変化する場合がある。特に気温の低い季節では血流量が減少するため、気温の高い時期に登録した登録パターンとの相関が低下する。これは数ヶ月単位で緩やかに変動すると考えられ、相関が低下した場合に登録データを差し替えることで、現在の季節に応じた登録パターンを利用でき、認識率の低下を防止することが可能となる。
ここで、図１２の１−N認証モードにおいて不安定認証回数が閾値Ｔ１を上回った時点でＳ２７０のように１−Ｎ認証を無効にする代わりに、１−１認証を経ずに登録データを差し替えてもよい。これによると１−１認証でのＩＤ番号入力が不要となり、利便性を損なわない運用が可能となる。しかしながら、本実施例のように１−Ｎ認証から１−１認証を経て登録データを差し替えることで、確実に登録者を同定でき、より安全に登録データを更新することができる。

また、本実施例では１−Ｎ認証と１−１認証で用いる登録データベースを共通化し、登録データごとに１−Ｎ認証属性を設け、１−N認証が有効あるいは無効であることを記録させたが、１−N認証用と１−１認証用の２つのデータベースを用意し、１−Ｎ認証の有効／無効の切り替えは１−N認証用のデータベースに対するデータの書き込み／削除で実現してもよい。これにより、保存するデータに特別な属性を設けずに１−Ｎ認証と1−1認証の切り替えができ、保存する情報量が削減できる。

また、上記認証モードにおいて、１つの指に対し複数の登録データを保持し、１−Ｎ認証モードではその中の代表登録データ１枚を照合対象とし、１−１認証モードではその中の全ての登録データを照合対象としてもよい。このとき、上述の登録データを入力データに差し替える処理Ｓ４１０では、１つの指の複数の登録データのうち１枚と差し替える。差し替える登録データの選択方法としては、最も古い登録データを選択する、他の全ての登録データの相関値の総和が最も低いデータを選択する、などの手法を用いることができる。このように複数の登録データと照合することにより指提示の変動に対する照合の許容度を高め、認識率を向上できる。また複数の登録データを登録季節ごとに分類して持たせることで、指静脈パターンの季節変動に合わせた認証を行うことも可能となり、認識率の低下を防止できる。

また図１３のＳ３００では、ＩＤ番号が１つの登録パターンに対応していたが、ある特定の登録パターンを１つのグループとみなし、グループＩＤ番号を入力させてもよい。この場合、グループＩＤ番号で特定される複数の登録パターン内の全パターンとの照合を行うことになるが、利用者は短いＩＤ番号の入力で認証が済み、また照合するデータ数が抑えられ高速な処理が可能となる。

以上本発明者によってなされた発明を実施例に基き具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。例えば、図１１−１３に示した１−N認証と１−１認証の遷移は、指認証に限るものではなく、照合パターンが体調、病気、成長過程、季節によって変動する指紋認証、虹彩認証に代表される生体認証に適用可能である。

以上、本発明者によってなされた発明により、指の誤挿入、変形が自動検出することが可能となる。従って、間違った置き方の指静脈パターンが登録された、これを防ぐためにシステム管理者は指が正しく挿入されたかを確認せずとも、登録人数が大規模である場合にも確認漏れが生じ、完全に誤挿入を防ぐことが可能となる。

また、装置に習熟していない利用者による指の誤挿入や、悪意のある利用者による偽造指の挿入などから、指静脈認証装置の認識率の低下を低コストで防止することが可能となる。

本発明を実施する認証装置のシステム構成例。 指ガイド部への指の接触を検知する認証装置の構成例。 指表面の状態を検知する認証装置の構成例。 指の軸回転が生じた場合の反射光による指画像の一例。 指表面に偽造パターンを貼付した場合の反射光による指画像の一例。 生体指を検知する認証装置の一構成例。 生体指を検知する認証装置の一構成例。 認証スイッチを押下したときの受光素子の受光量の変動の一例。 指の側面透過光を用いた光源を有する指挿入ガイド部接触、指表面状態検出、生体指検出を行う認証装置の構成例。 挿入した指の変動を示し、正しい入れ方をガイドする画面の一例。 １−Ｎ認証モードと１−１認証モードとを切り替えるフローチャートの一例。 １−Ｎ認証を無効にする１−Ｎ認証モードのフローチャートの一例。 １−Ｎ認証を有効にし、また登録データを更新する１−１認証モードのフローチャートの一例。

符号の説明

１・・・指、２・・・撮像部、３・・・光源、４・・・指先ガイド部、５・・・指挿入ガイド部、６・・・認証装置、７・・・光学フィルタ、８・・・認証スイッチ、９・・・指置きガイド部、１１・・・ＣＰＵ、１２・・・メモリ、１３・・・インターフェイス、１４・・・外部記憶装置、１５・・・表示手段、１６・・・入力手段、１７・・・スピーカ、１８・・・画像入力手段、２０・・・押下スイッチ、２２・・・反射光源、３０・・・関節しわ、３１・・・関節しわ端点、３２・・・爪、４０・・・不鮮明な指静脈パターン、４１・・・偽造指静脈パターン、５０・・・受光素子、５１・・・生体検知用光源、５２・・・光遮蔽部材、６０・・・撮影画像モニタ、６１・・・輪郭ガイド、６２・・・照合結果表示部、６３・・・ガイダンス図表示部、６４・・・指挿入状態を示すガイダンス図、６５・・・ガイダンス文表示部、６６・・・指挿入の変動グラフ表示部。

Claims (16)

1. 撮像部と、
   指を透過し、前記撮像部へ入射する光を照射する光源と、
   前記撮像部で撮像された画像からパターンを生成し、前記パターンと事前に登録された登録パターンとの照合を行う画像演算部と、
   前記登録パターンを保持する記憶装置と、
   前記指の撮像位置を示すガイド部とを有し、
   さらに、前記指の前記ガイド部へ接触を検知する検知部を有することを特徴とする個人認証装置。
2. 請求項１に記載の個人認証装置において、
   さらに、前記指の所有者へ警告を行う警告部を有し、
   前記検知部が前記接触を検知した場合に、前記警告部が前記所有者へ警告を行うことを特徴とする個人認証装置。
3. 請求項１または２に記載の個人認証装置において、
   前記検知部は、前記接触により前記ガイドに押し下げられることにより押下されるスイッチ部であることを特徴とする個人認証装置。
4. 請求項１から３の何れかに記載の個人認証装置において、
   前記検知部は、上記ガイド部に分布した、電気式、静電容量式、圧力式の接触センサであることを特徴とする個人認証装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の個人認証装置において、前記ガイド部は、前記指を突っ張ると触れる形状であることを特徴とする個人認証装置。
6. 撮像部と、
   指を透過し、前記撮像部へ入射する光を照射する第１の光源と、
   指を反射し、前記撮像部へ入射する光を照射する第２の光源と、
   前記撮像部で撮像された画像からパターンを生成し、前記パターンと事前に登録された登録パターンとの照合を行う画像演算部と、
   前記指の所有者へ警告を与える警告部とを有し、
   前記画像演算部が、前記指を反射した光により撮像した画像から前記指の掌側の関節のしわの分布位置の偏りまたは爪を検知した場合に、前記警告部が警告を発することを特徴とする個人認証装置。
7. 請求項６に記載の個人認証装置において、
   前記画像演算部は、前記指を反射した光により撮像した画像から生成したパターンの鮮明度から前記指の偽造の有無を判定することを特徴とする個人認証装置。
8. 請求項６または７に記載の個人認証装置において、
   前記反射した光により撮像した画像のパターンから、汚れ、ほこり、指の油の有無の検知することを特徴とする個人認証装置。
9. 請求項６から８のいずれかに記載の個人認証装置において、
   前記第１の光源と、前記第２の光源とが相補に点灯と消灯を行うことを特徴とする個人認証装置。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の個人認証装置において、
    前記指の先端部分によって押し込まれるスイッチ部と、
    受光素子と、
    前記指の先端部分を透過し、前記受光素子へ入射する光を照射する光源とを有し、
    前記受光素子が受光量の変動を検知し、前記画像演算部は、前記スイッチ部が押し込まれることにより前記画像の照合を行い、前記押し込み時とそれ以前における前記受光素子の受光量の変動から前記指の偽造の有無を判定することを特徴とする個人認証装置。
11. 撮像部と、
    指を透過し、前記撮像部へ入射する光を照射する光源と、
    前記撮像部で撮像された画像からパターンを生成し、前記パターンと事前に登録された登録パターンとの照合を行う画像演算部と、
    前記登録パターンを保持する記憶装置とを有し、
    前記指の所有者に割り当てられた識別番号を入力する入力部を有し、
    前記画像演算部が、前記照合を登録パターン全てに対して行う第１のモードと、前記照合を前記識別番号に対応する登録パターンに対してのみ行う第２のモードとを切り替えることを特徴とする個人認証装置。
12. 請求項１１に記載の個人認証装置において、
    前記第１のモードにおいて前記照合で登録者と認められる確度が低い状態で所定回数行われた場合に、前記第２のモードに切り替えることを特徴とする請求項９記載の個人認証装置。
13. 請求項１１に記載の個人認証装置において、
    前記第１のモードにおいて前記照合が、登録者と認められる確度が低い状態で所定回数行われた場合に、前記登録パターンを無効化することを特徴とする個人認証装置。
14. 請求項１１に記載の個人認証装置において、
    前記第１のモードにおいて前記照合が、登録者と認められる確度が低い状態で所定回数行われた場合に、前記登録パターンを無効化し、前記撮像部で撮像された画像から生成されたパターンを新たな登録パターンとすることを特徴とする個人認証装置。
15. 請求項１１に記載の個人認証装置において、
    前記第２のモードにおいて前記照合で登録者と認められる確度が低い状態で所定回数成功した場合に、前記照合が成功したときの前記指の画像から得られるパターンと前記登録パターンとを置き換えることを特徴とする個人認証装置。
16. 請求項１から１５のいずれかに記載の個人認証装置において、
    前記指の所有者に対する情報伝達手段を有し、前記指の正常挿入状態へ導く情報を前記情報伝達手段に示すことを特徴とする個人認証装置。
    

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