JP2007244772A

JP2007244772A - 偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置、および生体検知プログラム

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Publication number: JP2007244772A
Application number: JP2006075477A
Authority: JP
Inventors: Yusaku Fujii; 勇作藤井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2006-03-17
Filing date: 2006-03-17
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2026-03-17
Also published as: JP4872399B2

Abstract

【課題】従来の光学的指紋像入力装置における一部の構成を変更・追加するだけで、被検体が生体か否かの判別をも可能とさせることを目的としている。
【解決手段】
ゼラチン水溶液をゲル化した素材（グミ）には複屈折性を有することに着目し、例えば従来の全反射法光学方式指紋像入力装置に偏光板２枚追加し、撮像素子をモノクロからカラーのものに変更し、撮像素子に入射された指紋情報に基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出し、変動量が所定の閾値を超えた場合には被検体はグミで作られた偽造指紋であると判別し、変動量が所定の閾値以下である場合には被検体は生体の指紋であると判別する。
【選択図】図１

Description

本発明は指紋画像入力に関し、特に従来の光学的指紋像入力装置における一部の構成を変更・追加するだけで、被検体が生体か否かの判別をも可能とさせた指紋画像入力技術に関する。

近年、個人認証のセキュリティを向上させるために指紋像入力装置が普及し始め、様々なところで利用されるようになってきた。現在、指紋像入力装置には全反射法光学式、指内拡散光検出型光学式、静電容量方式、電界式、感熱式等、様々な方式が存在している。

図１０は、代表的な全反射法光学方式の指紋像入力装置の構成が示してある。全反射法光学方式の指紋像入力装置は、被検体である指１を照明する光源２、指紋の隆線部と谷線部からの反射光・散乱光を分離するプリズム４、指紋画像を撮像素子に結像させる結像光学系（レンズ）６、指紋画像を撮影する撮像素子（モノクロＣＣＤ（Charge-Coupled Devices））２０から構成されている。ガラス等でできたプリズム４の片側から光を照射し、反対側から反射光または散乱光を撮影する。プリズム４内での光の反射面が指紋像入力装置面となる。

図１１は、指紋画像が採取できる仕組みについて示してある。指紋像入力装置面に指を置くと、皮膚とガラスの接触部分では、光が指内に浸透し、指内部で散乱（乱反射)する。散乱した光が指の外に出ていくが、その一部が再びプリズムに戻る。皮膚とガラスが接触していない部分では、光は全反射をする。全反射光が入射する位置に撮像素子を設置すれば、指紋の谷線部が明るく、隆線部が暗い指紋画像が得られる。また、逆に全反射光が入射しない位置に撮像素子を設置すれば、谷線部が暗く、隆線部が明るい指紋画像が得られる。

しかしながら、生体情報として指紋を用いた個人認証を行う場合、偽造指紋を有する指を人工的に作成し、その人工的な指を用いて成りすましが行われる可能性が指摘されている。一部の指紋像入力装置ではゴムによる偽造指紋には反応しない様に作られているものの、現状では、多くの指紋像入力装置には本格的な偽造指紋判別機能は付加されていない。そのため、近年登場したゼラチン水溶液をゲル化させた素材（人間の表皮の組成に極めて近い）で作られた偽造指紋（グミ指紋と呼ばれる）には多くの指紋像入力装置が正しく反応してしまい、生体の本物の指ではないのにも拘わらず生きた生体の指とみなし、指紋認証処理を行ってしまうのが現状である。

ゼラチン水溶液をゲル化させた素材（グミ）には複屈折性を有することは従来から知られている。また、物体に複屈折があるかどうかは、色偏光の現象を利用して調べることが出来る。色偏光とは次の現象のことを指す。まず、偏光板を二枚用意し、図１２のように偏光板３と偏光板５の間に複屈折物質２１を置く。片方から偏光板３（これを偏光子と呼ぶ）を介して白色光源無偏光光で複屈折物質２１を照明する。次に、もう一方から偏光板４（これを検光子と呼ぶ）を通して複屈折物質２１を観察する。偏光板３と偏光板４の間に置く物体が複屈折物質であった場合、偏光板５の偏光角や複屈折物質２１の向きで複屈折物質に色がついたように見えることも知られている（例えば、非特許文献１参照）。

ところで、本物の人の指であるかどうかを検出するためには、１）指の脈拍を測る、２）指の色の変化を見る、３）指の電気的特性を測る、４）光を照射し、その反射光を見る等の生体検知方式がある。しかしながら、指紋像入力装置にこのような生体検知方式を用いた専用の生体検知機能を組み込むとなると、構成は複雑となり指紋像入力装置そのものが大きくなるばかりではなく高価なものになってしまう。そのため、携帯電話やＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、ノートパソコンなど携行性を重視するような小型情報機器においては偽造指紋への対策は困難であった。また、多くの偽造指紋検出方式ではグミ指紋への対策が検討されておらず、グミ指紋が従来の多くの指紋像入力装置を騙せてしまうこと自体、成りすまし行為による不正利用を許してしまうので問題であった。

そのような問題を解決させるために、「小型情報機器に対してもグミ指紋などの非生体を確実に識別することを可能とすることを目的として、採取面に接触しながら移動する生体外皮表面の画像を連続的に採取する画像採取手段と、この画像採取手段によって連続的に採取された複数の画像に基づいて、前記生体外皮の外分泌腺から分泌される分泌物の存在を検出する分泌物検出手段とをそなえて構成される」生体検知装置および方法並びに生体検知機能を有する認証装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
ＷＯ２００４／０２３９９９号公報（第１−６頁）山田幸五郎著、「光学の知識」、東京電機大学出版局、1980年2 月、 p279-295

特許文献１に記載された技術を適用すると、携帯電話やＰＤＡなどの小型情報機器においてもグミ指紋などの非生体を識別することは可能となる。しかしながら、特許文献１に記載された技術は、連続して撮影された複数の指紋画像に対して画像処理を行うことにより発汗状況を検出するものである。そのため、生体検知機能が実行する演算処理量は膨大なものとなり、高速で高価なＣＰＵ（Central Processing Unit）を用いる必要があった。また、人によっては乾燥指と呼ばれるような発汗量の非常に少ないものが存在したり、冬季など寒い環境においては通常の人の指であっても発汗量は少なくなるものである。そのため、本物の人の指であっても生体として正しく検知されない場合も発生し得る。

本発明は上記のような問題点を解決するために、従来の光学的指紋像入力装置における一部の構成を変更・追加するだけで、被検体がグミ指紋であるかどうかの判別が可能であることを目的としている。

上記の目的を達成させるために、請求項１に係る偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置は、被検体である指を照明する波長の異なる複数の光から成る光源と、前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、前記指における指紋の山線または谷線を抽出するプリズムと、前記プリズムを通過する光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、前記第２の偏光板を通過する前記指紋からの反射光または散乱光を結像するための結像光学系と、前記結像光学系が結像した指紋画像を撮影するための撮像素子と、前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の色分布に基づき前記指が生体か非生体であるかを判別する第１の生体検知手段とを備えて構成されたことを特徴としている。

本物の指をプリズム上に置いた場合、指に照射された光は皮膚内部で乱反射し、プリズムを介して画像受像素子に到達する。この時は、ほとんど一様な白色（若しくは、血の色である薄い赤色）の指紋画像が得られる。しかし、グミで生成された偽造指紋をプリズム上に置いた場合、グミに圧力がかかり、圧力不均一さに従ってグミの偏光特性に不均一性が発生する。そのため、グミからの反射光を偏光板を通して観察すると、指紋に色がついて見えるようになる。特にスライド型指紋像入力装置では、指（グミの偽造指紋）を指紋像入力装置上を引きずるので、グミに引き伸ばす方向の大きな力がかかり、上記の現象が顕著に観測される。本発明は、偏光板を介して指の反射光を観察し、色がついている場合は、グミ指紋、一様な色の場合は本物の指紋と判定するものである。また、撮影した画像が、指紋画像そのものとなる。従って本発明を適用すれば、指紋画像を撮影すると同時に、偽造指紋かどうかの判定も可能となる。

以上のように、従来の光学的指紋像入力装置の画像受像素子をモノクロカメラからカラーカメラに変更し、光源とプリズム間およびプリズムと指紋画像受像素子間に偏光板を置き、第１の生体検知手段を付加するだけで、被検体が生体か否かの判別が可能となる。

また、請求項２に係る偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置は、被検体である指を照明する波長の異なる複数の光から成る光源と、前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、前記光源から照射される照明光を前記指における指紋上の一点に集光する集光光学系と、前記指紋からの反射光または散乱光、若しくは前記指に入射する光の偏光方向を時間とともに変化させる偏光方向変更手段と、前記指紋からの反射光または散乱光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、前記第２の偏光板を通過する光を結像するための結像光学系と、前記結像光学系によって結像された像に基づき、前記指紋からの反射光または散乱光の強度を波長の異なる複数の光の単位で測定する受光素子と、前記受光素子によって測定された反射光または散乱光の強度の変化に基づき被検体が生体か非生体であるかを判別する第２の生体検知手段とを備えて構成されたことを特徴としている。

複屈折の性質から反射光に色がつくが、グミかどうかは空間的または時間的に違う位置の反射光を比べて、色の分布があるかどうかを確認する。例えば、空間的に見る場合、反射光をＣＣＤカメラ等の二次元のカラーイメージセンサで受光し、座標の違う場所の受光結果を比較する。

一方、時間的に見る場合は反射光をカラーセンサで受光し違う時間での受光結果と比較する。違う時間とは、ＳＷＥＥＰ式において指が移動した後や、検光子または空間光変調素子で偏光方向が変わった後を指す。このとき、空間的な情報は必要ないのでＣＣＤカメラ等二次元のイメージセンサを用いる必要はなく、一点だけを観測できるカラーセンサだけで十分である。請求項１に係る偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置はグミかどうかを空間的に違う位置の反射光を比べて比較するものであって、請求項２に係る偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置はグミかどうかを時間的に違う位置の反射光を比べて比較するものである。

請求項３に係る偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置は、請求項１に係る偽造指紋判別機能を備えた指紋像入力装置の構成において、第１の生体検知手段は、前記撮像素子が受光した反射光または散乱光に色が時間的に変化することを確認することで非生体であるかどうかを判定することを特徴とするものである。

請求項４および５に係る発明は、コンピュータに、カラーイメージセンサが受光した指紋情報を入力する画像情報入力ステップと、前記指紋情報の例えば各画素におけるＲＧＢ値の分散または差分などに基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出する変動量算出ステップと、前記変動量が所定の閾値を超えた場合には前記指紋情報はゼラチン水溶液をゲル化した素材で作られた偽造指紋であると判定し、前記変動量が所定の閾値以下である場合には前記指紋情報は生体の指紋であると判定する生体判定ステップと、前記生体判定ステップの判定結果を外部出力する判定結果出力ステップとを備えた生体検知プログラムを実行させることを特徴とするものである。

従来の光学的指紋像入力装置における一部の構成を変更するだけで、被検体がグミ指紋であるかどうかの判別が可能となる。

（実施例）
本発明では、グミ指紋の原料であるゼラチンは複屈折性を有することを利用し、グミ指紋であるかどうかを判別するものである。

プリズムを使った指紋像入力装置において、下からの照明光とプリズムとの間に偏光板を置く。また、プリズムと指紋画像受像素子間にも偏光板を設置する。従来の指紋像入力装置では、画像受像素子には、モノクロカメラを用いているが、これにカラーカメラを用いるようにする。本物の指をプリズム上に置いた場合、指に照射された光は、皮膚内部で乱反射し、プリズムを介して、画像受像素子に到達する。この時は、ほとんど一様な白色（若しくは、血の色である薄い赤色）の指紋画像が得られる。しかし、グミで生成された偽造指紋をプリズム上に置いた場合、グミに圧力がかかり、圧力不均一さに従ってグミの偏光特性に不均一性が発生するため、グミからの反射光を偏光板を通して観察すると指紋に色がついて見えるようになる。特にスライド型指紋像入力装置では、指（グミの偽造指紋）を指紋像入力装置上を引きずるので、グミに引き伸ばす方向の大きな力がかかり、上記の現象が顕著に観測される。

物体に複屈折があるかどうかは、色偏光の現象を利用して調べることが出来る。色偏光とは次の現象のことを指す。まず、偏光板を二枚用意し、図１２のように偏光板の間に複屈折物質を置く。片方から偏光板（これを偏光子と呼ぶ）を介して白色光源無偏光光で複屈折物質を照明する。その次に、もう一方から偏光板（これを検光子と呼ぶ）を通して複屈折物質を観察する。偏光板の間に置く物体が複屈折物質であった場合、偏光板の偏光角や複屈折物質の向きで複屈折物質に色がついたように見える。本発明では、この現象を利用して、指紋画像を採取すると同時にグミ指紋であるかどうかを判別する方法を提案するものである。

図１は、本発明に係る実施例の全体構成図が示してある。指紋像入力装置１００は、従来の指紋像入力装置の構成を一部変更した指紋像入力手段１１０と被検体がグミ指紋であるかどうかを判別する生体検知手段１２０から構成される。指紋像入力手段１１０についての構成の詳細については図２〜９で説明する。生体検知手段１２０は、カラーイメージセンサが受光した指紋情報を入力する画像情報入力手段１２１、指紋情報に基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出する変動量算出手段１２２、受光強度の空間的または時間的な変動量が所定の閾値を超えた場合には前記指紋情報はゼラチン水溶液をゲル化した素材で作られた偽造指紋であると判定し、前記変動量が所定の閾値以下である場合には前記指紋情報は生体の指紋であると判定する生体判定手段１２３、及び生体判定手段１２３の判定結果を外部出力する判定結果出力手段１２４から構成される。

なお、本実施例では生体判定手段１２３は指紋像入力装置１００に組み込んでいるが、指紋像入力装置１００を指紋情報の入出力手段とするホストコンピュータのアプリケーションプログラムとして実装してもよい。

本発明では図１０に示してある従来の指紋像入力装置（全反射法光学方式）の構成を少し変更・追加するだけでグミ指紋検出機能を備えた指紋像入力装置の実現が可能となる。グミ指紋検出機能を備えた指紋像入力装置の指紋像入力手段例を図２に示してある。図１０の指紋像入力装置において、偏光板を二枚追加し、撮像素子をモノクロからカラーのものに変更する。指紋画像の撮影の原理は、従来の指紋像入力装置と同じである。この時、指紋像入力装置面に置かれた指が、本物の指か偽物の指かで撮影される指紋画像の色分布や濃度分布が異なるようになる。

まず、光源から射出される無偏光光を偏光板を用いて直線偏光に変更し、その直線偏光光でプリズムに置かれた指を照明する。本物の指が指紋像入力手段面に置かれた場合、人の指は様々な不純物で構成されているため、指内で乱反射光が生じ、直線偏光が再び無偏光に変化し、様々な偏光成分の持った光が指から射出される。そして、偏光板を通して撮像素子に入射する。この時、指からの射出光を光源が白色なら、白色の指紋画像、もしくは、血液の色を反映した淡いピンクの指紋画像が得られる。

これに対し、グミ指紋が指紋像入力装置面上に置かれた場合、グミの複屈折性から色偏光の現象が現れる。グミ指紋に入射した直線偏光は、ゼラチンの複屈折性から常光と異常光に分離され、常光と異常光が混ざった状態でグミ指紋から射出される。射出された光を、二枚目の偏光板（検光子）を通し観測すると、上述した色偏光の現象が発生し、色のついた指紋画像が得られる。色は、グミ指紋のゼラチン濃度や、グミ内部の光の経路長等で、変化する。従って、一つの指紋画像は、部分的に様々な色がつくようになる。単色光源、および、モノクロ撮像素子を使った場合は、指紋画像は、濃淡分布が出るようになる。このように、撮像素子で撮影された指紋画像が一様な色ではなく、何らかの色分布が存在した場合は、グミ指紋だと判定できる。また、偏光板を回転させると色分布も変化する。従って、偏光板を回転し、時間的な色変化を検出することでも、グミ指紋だと判定することも出来る。

図２は、本発明に係るグミ指紋検出機能付き指紋像入力手段例１の構造が示してある。カラーＣＣＤ７で撮影した指紋画像に色分布が存在するかどうかを判定することで、グミ指紋であるかどうかを判定するものである。本指紋像入力装置例１、白色光源２、偏光板（偏光子）３、プリズム４、偏光板（検光子）５、レンズ６、カラーＣＣＤ７から構成される。

光源２から照射された白色光は、偏光板３を通しプリズム４に入射する。入射した光は、プリズム４内部で反射し、再び、プリズム４の外に射出される。射出された光は、偏光板５とレンズ６を通し、カラーＣＣＤ７上に結像される。

次に、カラーＣＣＤ７で撮影された画像の色分布の程度を計算により求める。カラーＣＣＤ７で撮影された指紋画像は、ピクセル毎にＲＧＢの階調で表現されている。指紋画像の色分布の程度を調べるために、R・G・Bの値の全画素に渡るそれぞれの分散（σ²(R)、σ²(G)、σ²(B)）を求める。これらの分散のうち、一つでも所定の値を超えるものが存在した場合、撮影された指紋画像には色分布があると判定し、偽造指紋と判定する。また、ＲＧＢの色空間ではなく、Ｌａｂ（色情報を数値化するカラーモデルのひとつ。1931年に色規格の国際機関CIE（Commission International d’Eclairage）によって開発された。）、Ｙｕｖ（輝度信号と青の色差と赤の色差の２つの色度で色を表現する）空間等、他の色空間を用いても良い。

その他の判定方法として、R・G・Bで表される色表現を例えば７色の色に分類し、指紋画像を例えば８画素×８画素にブロックに区切った時の最頻出色をブロックごとに求める。近辺のブロックと最頻出色が異なるブロックが、所定の数以上存在する場合、撮影された指紋画像には、色分布があると判定し、偽造指紋と判定する。

図３は、本発明に係るグミ指紋検出機能付き指紋像入力手段例２の構造が示してある。指紋像入力装置例２は、指紋像入力装置例１の構成にさらに、偏光板５を回転させる駆動系（モータ９と歯車８）が追加されている。

本指紋像入力装置例で観測される色偏光は、偏光板５を回転させると観測される色偏光の色分布が変化する。偏光板の回転に伴う色分布の変化を検出することで、グミ指紋であることを判定することが可能となる。例えば、カラーＣＣＤ７で撮像した指紋画像の１画素、若しくは、複数の画素において、偏光板の回転に応じてＲＧＢの各値が変化した場合、即ち、時系列に色が変化した場合はグミ指紋だと判定する。例えば、ある画素のＲＧＢ値をR(t)、G(t)、B(t)で表現することにする。指がプリズム４上に安定して置かれてから、所定の時間内のR(t)、G(t)、B(t)を計測する。R(t)、G(t)、B(t)の値のそれぞれの振れ幅（最大値−最小値）が所定の値以上であれば、グミ指紋だと判定する。

また、本指紋像入力装置例に、指紋像入力装置例１の空間軸方向に色が変化するかを検出する方式と組み合わせても良い。即ち、空間軸方向に色が変化するか、時間軸方向に色が変化するか、どちらか一方、もしくは、同時に検出された場合にグミ指紋と判定する。複数の判定基準を用いるため、グミ指紋判定精度が向上する。

本指紋像入力装置例では、駆動系を用いて偏光板５を回転させたが、検光子５の前に液晶を用いて時系列に偏光方向を変更しても良い。液晶に交流電流を印加し、偏光方向を時系列に変化させれば、偏光板を駆動系で回転させている事と同じ効果が得られる（図５に示してある指紋像入力装置例４を参照）。この場合、駆動系は必要なくなり、液晶に交流を提供する駆動回路が必要となる。

図４は、本発明に係るグミ指紋検出機能付き指紋像入力手段例３の構造が示してある。本指紋像入力手段例は、指紋像入力手段上で指をなぞらせ指紋画像を採取するスウィープタイプ指紋像入力手段にグミ指紋検出機能を付加する例である。指紋像入力手段例１に比べ、撮影する指紋画像は、極小領域になるため、用いるプリズム４が非常に小さくなる。それ以外の構成や動作原理は、指紋像入力手段例１の場合と同様である。

スウィープタイプの指紋像入力手段の場合、指紋画像採取中、指紋像入力手段面上で指を引きずらないといけないので、皮膚（グミ指紋）に張力がかかる。グミ指紋に張力が掛かると、色偏光は更に観測されやすくなり、グミ指紋判定精度が向上するようになる。

図５は、本発明に係るグミ指紋検出機能付き指紋像入力手段例４の構造が示してある。指紋像入力手段例４では、指紋像入力手段例３に、空間光変調器１０と空間光変調器の制御部１１が追加されている。空間光変調機１０は、液晶等で作られたデバイスであり、実施例４では、偏光方向を自在に制御できるものを用いる。

指紋像入力手段例２では、偏光板５の駆動部を設け、偏光板５を回転させるように実装した。指紋像入力手段例４では、偏光板５を回転させる代わりに、空間光変調器１０を用いて偏光方向を時間的に変更できるようにする。偏光方向を変えながら偏光板５を通して射出光を観察すると、偏光板５を回転させながら観察することと同様の効果が得られる。

スウィープタイプの指紋像入力手段では、センサ面が小さいので、平面型指紋像入力手段に比べ、広範囲の色分布を確認することができない。そこで、指紋像入力手段例４では、空間光変調器１０で偏光方向を高速に変化させ、それに応じて色分布が変化することを確認することで、より精度良くグミ指紋を検出することが可能となる。

指紋像入力手段例１〜４において、精度は低くなるが光源に単色光源、撮像素子にモノクロ撮像素子に置き換えることも可能である。単色光源を用いた場合、グミ指紋の判定方法は、指紋像入力装置例１〜４のように、色分布の存在の確認ではなく濃淡分布の確認程度になる。つまり、指紋像入力手段例１・指紋像入力手段例３では、撮影した指紋画像においてまだらな濃淡の分布が存在した場合はグミ指紋と判定する。また、指紋像入力手段例２・指紋像入力手段例４では、偏光板の回転、もしくは、空間光変調器による偏光方向の変更に伴い、指紋画像の濃淡の分布が変化する場合はグミ指紋と判定する。

図６は、本発明に係るグミ指紋検出機能付き指紋像入力手段例５の構造が示してある。指紋像入力手段例１〜５は、指紋画像を撮影し、その画像の色分布または強度分布をみることでグミ指紋かどうかを判定するものであった。指紋像入力手段例５は指紋画像を撮像するのではなく、指紋からの反射・散乱光の色・強度の変化をみてグミ指紋であるかどうかを判定する装置である。撮像素子の代わりに安価なフォトディテクタに置き換えることが出来る。

ＬＥＤ（Light Emitting Diode）やレーザーダイオード等を光源２に発せられた光は、レンズ１３を通してプリズム４内の指紋像入力装置面に集光させる。ＬＥＤもしくはレーザーダイオードから発せられる光が無偏光光で有れば、偏光板３で偏光光に偏光する。指による反射／散乱光を空間光変調器１０で偏光方向を時系列に変化させ偏光板５を通すか、回転する偏光板を通して、レンズ６によりフォトディテクタ１２に集光させる。フォトディテクタ１２で検出された光強度の時系列変化を見て、グミ指紋であるかどうかを判定する。光強度の変化によるグミ指紋判定方法は、指紋像入力手段例２、指紋像入力手段例４等と同じである。

図７は、本発明に係るグミ指紋検出機能付き指紋像入力手段例６の構造が示してある。図７に示してあるものはグミ指紋検出装置のみの構成であり、半導体型の指紋像入力手段と組み合わせてグミ指紋検出機能付き指紋像入力装置として用いられる。具体的には、プリズムを使わない指内散乱光直接読取方式等の指紋像入力装置にグミ指紋検出機能を付加した場合の例である。

指内散乱光直接読取方式の指紋像入力手段では、指の横から指を照明し、指の下にフォトディテクタアレイ（イメージセンサ）１４を置き、レンズ光学系なしに直接、指からの透過光を受光する。指の横に設置された光源２に偏光板（偏光子）を設置し、直線偏光光が指に照射されるようにする。既に直線偏光状態で光が光源から出力される場合は、偏光板を省略することが出来る。次に、フォトディテクタアレイ１４上にも偏光板（検光子）５を設置する。グミ指紋であるかどうかの検出方法は、指紋像入力装置例１の場合と同様である。全てのフォトディテクタをカラー対応にするとコストが高くなるので、一部のフォトディテクタをカラーにしてもよい。

また、図８に示すように偏光板（検光子）５と指の間に更に、空間光変調器１０を設置すれば、指紋像入力手段例２の場合と同じ方法でグミ指紋を検出できるようになる。

図９は、本発明に係る生体検知処理手順を示すフローチャートである。カラーイメージセンサが偏光子・検光子を通した被検体である指からの反射光を受光したこと契機に、生画像情報入力手段は指紋の画像情報を読み込む（Ｓ９０１）。画像情報入力手段が読み込んだ被検体である指紋の画像情報に基づき変動量算出手段は後述する「カラーイメージセンサで受光した光からグミ指紋であるかどうかを判定する方法」に従って受光強度の空間的または時間的な変動量を算出する（Ｓ９０２）。

受光強度の空間的または時間的な変動量が予め設定しておいた閾値を超えているかどうかを判定し（Ｓ９０３）、超えている場合には被検体はグミ指紋であると判定し（Ｓ９０５）、超えていない場合には被検体は生体指紋であると判定し（Ｓ９０４）、判定結果を外部出力する（Ｓ９０６）。

カラーイメージセンサで受光した光からグミ指紋であるかどうかを判定する方法の例を以下に述べる。イメージセンサで受光した光をＲＧＢの各強度で以下のように表すとする。
イメージセンサの受光強度＝ Ar(x, y, t); Ag(x, y, t); Ab(x, y, t)
ただし、ｘ，ｙは、イメージセンサ上の座標、ｔは時刻を示す。これらが空間的または時間的に変動が激しいとき、グミ指紋であると判定する。

（１）分散により空間的な変動を見る方法

グミ指紋を使用したとき、光の干渉が発生し、ＲＧＢ値は、イメージセンサ上の各場所で異なるので、上記R・G・Bの分散も異なる。従って、上記の式で示したR・G・Bの分散のうち、少なくとも一つが所定の値を超えたとき、グミ指紋と判定する。また、R・G・Bの各分散が同時に所定の値を越えたときに、グミ指紋と判定しても良い。また、この分散を指を置いている時間(t=t0〜tn)中、常に監視し、一回、若しくは、複数回、分散が所定の閾値を超えたときに、グミ指紋と判定しても良い。

（２）差分により空間的な変動を見る方法
時刻t = Tの時の同一座標のAr, Ag, Abの差分を計算し、所定の値が超えたときにグミ指紋と判定する。例えば、
D_R-G（x, y, T）= |Ar(x, y, t=T) - Ag(x, y, t=T)|
D_G-B（x, y, T）= |Ag(x, y, t=T) - Ab(x, y, t=T)|
D_B-R（x, y, T）= |Ab(x, y, t=T) - Ar(x, y, t=T)| ただし、|| は絶対値を表す。
を計算し、少なくともこれらのうち、一つが所定の値を超える画素数rを数え、ｒが所定の数値を超えたとき、グミ指紋と判定する。また、上記各差分が同時に所定の値を越えた画素数sを数え、sが所定の数を超えたとき、グミ指紋と判定しても良い。また、これらの差分を指を置いている時間(t=t0〜tn)中、常に監視し、一回、若しくは、複数回、上記のように差分が所定値を超えたときに、グミ指紋と判定しても良い。

（３）分散により時間的な変動を見る方法
スウィープセンサに実装したとき、もしくは、平面センサにおいて、回転する偏光子／検光子もしくは、時間的に連続的に偏光方向を変更する空間光変調素子を偏光子／検光子に用いた場合、時間的に、観測光の色の分布が変化するのでこれを検出する。

グミ指紋を使用したとき、光の干渉が発生し、ＲＧＢ値は、指を動かす、若しくは、偏光子／検光子が回転すると時間的に変化する。従って、上記R・G・Bの分散も異なる。上記の式で示したR・G・Bの分散のうち、少なくとも一つの分散が、任意の座標で所定の値を超えたとき、グミ指紋と判定する。また、R・G・Bの各分散が任意の座標で同時に所定の値を越えたときに、グミ指紋と判定しても良い。また、各座標の分散が所定の値を超えた画素位置の個数を数え、それが所定値を超えたときに、グミ指紋と判定しても良い。

（４）差分により時間的な変動を見る方法
時刻t = T-1と時刻t=Tの時の同一座標のAr, Ag, Abのそれぞれの時間差分を計算し、さらに、それらが、R・G・B間での差が所定の値が超えたときにグミ指紋と判定する。つまり、本物の指ならR・G・Bの変動は、大差ないが、グミ指紋の場合は、光の干渉の結果、光に色が付くので、R・G・Bは異なる変動模様を呈するようになる。
D_R (X,Y,t) = |Ar(x=X,y=Y, t) - Ag(x=X,y=Y, t)|
D_G (X,Y,t) = |Ag(x=X,y=Y, t) - Ab(x=X,y=Y, t)|
D_B (X,Y,t) = |Ab(x=X,y=Y, t) - Ar(x=X,y=Y, t)| ただし、|| は絶対値を表す。
を計算する。そして、さらにこれらの差分を計算する。
D_R-G(X,Y,t) = | D_R (X,Y,t) - D_G (X,Y,t)|
D_G-B(X,Y,t) = | D_G (X,Y,t) - D_B (X,Y,t)|
D_B-R(X,Y,t) = | D_B (X,Y,t) - D_R (X,Y,t)| ただし、|| は絶対値を表す。

これらのうち、時刻t=Tのとき、少なくとも一つが所定の閾値を超える画素数rを数え、ｒが所定の閾値を超えたとき、グミ指紋と判定する。また、D_R-G 、D_G-B 、D_B-Rの各差分が同時に所定の値を越える画素数sを数え、sが所定の数を超えたとき、グミ指紋と判定しても良い。また、これらの差分を指を置いている時間(t=t0〜tn)中、常に監視し、一回、若しくは、複数回、上記のように差分が所定値を超えたときに、グミ指紋と判定しても良い。なお、ＲＧＢの変動を検出する方法は上記の方法に限るわけでなく、他にも様々な方法がある。

以上の実施例に関し、以下の付記を開示する。
（付記１）
被検体である指を照明する波長の異なる複数の光から成る光源と、
前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、
前記指における指紋の山線または谷線を抽出するプリズムと、
前記プリズムを通過する光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、
前記第２の偏光板を通過する前記指紋からの反射光または散乱光を結像するための結像光学系と、
前記結像光学系が結像した指紋画像を撮影するためのカラー撮像素子と
前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の色分布に基づき前記指が生体か非生体であるかを判別する第１の生体検知手段と
を有することを特徴とする指紋像採取装置。
（付記２）
被検体である指を照明する波長の異なる複数の光から成る光源と、
前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、
前記光源から照射される照明光を前記指における指紋上の一点に集光する集光光学系と、
前記指紋からの反射光または散乱光、若しくは前記指に入射する光の偏光方向を時間とともに変化させる偏光方向変更手段と、
前記指紋からの反射光または散乱光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、
前記第２の偏光板を通過する光を結像するための結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された像に基づき、前記指紋からの反射光または散乱光の強度を波長の異なる複数の光の単位で測定する受光素子と、
前記受光素子によって測定された反射光または散乱光の強度の変化に基づき被検体が生体か非生体であるかを判別する第２の生体検知手段と
を有することを特徴とする指紋像採取装置。
（付記３）
前記第１の生体検知手段は、前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の色分布が時間的に変化することを確認することで非生体であるかどうかを判定することを特徴とする付記１記載の指紋像採取装置。
（付記４）
被検体である指を照明する単波長光源と、
前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、
前記指における指紋の山線または谷線を抽出するプリズムと、
前記プリズムを通過する光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、
前記第２の偏光板を通過する前記指紋からの反射光または散乱光を結像するための結像光学系と、
前記結像光学系が結像した指紋画像を撮影するためのモノクロ撮像素子と
前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の濃淡分布に基づき前記指が生体か非生体であるかを判別する第１の生体検知手段と
を有することを特徴とする指紋像採取装置。
（付記５）
前記第１の生体検知手段は、前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の濃淡分布が時間的に変化することを確認することで非生体であるかどうかを判定することを特徴とする付記４記載の指紋像採取装置。
（付記６）
コンピュータに、
カラーイメージセンサが受光した指紋情報を入力する画像情報入力ステップと、
前記指紋情報に基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記変動量が所定の閾値を超えた場合には前記指紋情報はゼラチン水溶液をゲル化した素材で作られた偽造指紋であると判定し、前記変動量が所定の閾値以下である場合には前記指紋情報は生体の指紋であると判定する生体判定ステップと、
前記生体判定ステップの判定結果を外部出力する判定結果出力ステップと
を実行させる生体検知プログラム。
（付記７）
前記変動量算出ステップは、指紋情報の各画素におけるＲＧＢ値の分散または差分に基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出することを特徴とする付記４記載の生体検知プログラム。

実施例の全体構成図指紋像入力手段例１指紋像入力手段例２指紋像入力手段例３指紋像入力手段例４指紋像入力手段例５指紋像入力手段例６指紋像入力手段例７生体検知処理指紋像入力装置（全反射法光学方式）指紋画像採取の仕組み色偏光の説明図

符号の説明

１被検体
２光源
３偏光板（偏光子）
４プリズム
５偏光板（検光子）
６レンズ
７カラーＣＣＤ
８歯車／プーリー
９モーター
１０空間光変調器
１１空間光変調器の制御部
１２フォトディテクタ
１３レンズ
１４カラーフォトディテクタアレイ
１５保護ガラス
２０モノクロＣＣＤ
２１複屈折物質
２２観測位置
１００指紋像入力装置
１１０指紋像入力手段
１２０生体検知手段
１２１画像情報入力手段
１２２変動量算出手段
１２３生体判定手段
１２４判定結果出力手段

Claims

被検体である指を照明する波長の異なる複数の光から成る光源と、
前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、
前記指における指紋の山線または谷線を抽出するプリズムと、
前記プリズムを通過する光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、
前記第２の偏光板を通過する前記指紋からの反射光または散乱光を結像するための結像光学系と、
前記結像光学系が結像した指紋画像を撮影するためのカラー撮像素子と
前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の色分布に基づき前記指が生体か非生体であるかを判別する第１の生体検知手段と
を有することを特徴とする指紋像入力装置。
被検体である指を照明する波長の異なる複数の光から成る光源と、
前記光源から照射される前記指への照射光を直線偏光にする第１の偏光板と、
前記光源から照射される照明光を前記指における指紋上の一点に集光する集光光学系と、
前記指紋からの反射光または散乱光、若しくは前記指に入射する光の偏光方向を時間とともに変化させる偏光方向変更手段と、
前記指紋からの反射光または散乱光から特定方向の偏光成分を取り出す第２の偏光板と、
前記第２の偏光板を通過する光を結像するための結像光学系と、
前記結像光学系によって結像された像に基づき、前記指紋からの反射光または散乱光の強度を波長の異なる複数の光の単位で測定する受光素子と、
前記受光素子によって測定された反射光または散乱光の強度の変化に基づき被検体が生体か非生体であるかを判別する第２の生体検知手段と
を有することを特徴とする指紋像入力装置。
前記第１の生体検知手段は、前記撮像素子が受光した反射光または散乱光の色分布が時間的に変化することを確認することで非生体であるかどうかを判定することを特徴とする請求項１記載の指紋像入力装置。
コンピュータに、
カラーイメージセンサが受光した指紋情報を入力する画像情報入力ステップと、
前記指紋情報に基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出する変動量算出ステップと、
前記変動量が所定の閾値を超えた場合には前記指紋情報はゼラチン水溶液をゲル化した素材で作られた偽造指紋であると判定し、前記変動量が所定の閾値以下である場合には前記指紋情報は生体の指紋であると判定する生体判定ステップと、
前記生体判定ステップの判定結果を外部出力する判定結果出力ステップと
を実行させる生体検知プログラム。
前記変動量算出ステップは、指紋情報の各画素におけるＲＧＢ値の分散または差分に基づき、受光強度の空間的または時間的な変動量を算出することを特徴とする請求項４記載の生体検知プログラム。