JP2008046814A - 認証装置及び認証方法並びにプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】より一段と成りすましを防止できるようにする。
【解決手段】撮像手段から所定周期で順次出力される生体識別対象の画像データについて、時間軸上で隣接する画像間における相関値の時間変化を計測するとともに、当該画像データに対して少なくとも２値化処理を含む所定の画像処理が施された結果得られる２値画像データについて、時間軸上で隣接する２値画像間における相関値の時間変化を計測し、画像間における相関値が第１の閾値よりも小さく、かつ、２値画像間における相関値が第２の閾値よりも小さい期間が所定の期間を超えたとき、該越えた時点以降の２値画像データのいずれかを、登録データとの照合対象として選択するようにした。
【選択図】図５

Description

本発明は、認証装置及び認証方法並びにプログラムに関し、バイオメトリクス認証に適用して好適なものである。

従来、バイオメトリクス認証対象の１つとして血管がある。認証装置は、指の撮像結果として得られる画像データにおける血管を抽出し、該抽出した血管パターンと、登録された血管パターンとの照合結果（相関値）が所定の閾値以上であるときには登録者本人であると判定するようになされている。

撮像時における指が少しでもずれると、結像される血管形成パターンが変位することから、一般には、撮像結果として順次得られる画像データ、つまり動画像データを用いて補正等の処理を施す（例えば特許文献１）。
特開２００６−０９９７１８公報

しかしながら、動画像データを用いた場合、指紋などのように入力対象の画像データ数が１つである場合に比して、入力数が多いことから、擬似的に登録データと一致するような乱数データを不正に入力可能となる。したがって、第三者でありながら登録者本人と判定される確率、つまり成りすましされる可能性が高くなる。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、より一段と成りすましを防止し得る認証装置及び認証方法並びにプログラムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明は、撮像手段から所定周期で順次出力される生体識別対象の画像データについて、時間軸上で隣接する画像間における相関値の時間変化を計測するとともに、当該画像データに対して少なくとも２値化処理を含む所定の画像処理が施された結果得られる２値画像データについて、時間軸上で隣接する２値画像間における相関値の時間変化を計測し、画像間における相関値が第１の閾値よりも小さく、かつ、２値画像間における相関値が第２の閾値よりも小さい期間が所定の期間を超えたとき、該越えた時点以降の２値画像データのいずれかを、登録データとの照合対象として選択するようにした。

したがって、例えば登録データと同じになる乱数データを入力するといった不正行為が行われ、又は、撮像対象に対する照射光量が不安定である場合、原画像及び２値画像間における相関値の時間変化の双方又は一方が対応する閾値以上に変化するため、擬似的に登録データと一致するような乱数データが不正に入力されたとしても、それを登録データとの照合対象とすることがなくなり、この結果、ランダムノイズに起因する認証精度の低下を防止することができる。

本発明によれば、擬似的に登録データと一致するような乱数データが不正に入力されたとしても、それを登録データとの照合対象とすることを回避して、ランダムノイズに起因する認証精度の低下を防止するようにしたことにより、より一段と成りすましを防止し得る認証装置及び認証方法並びにプログラムを実現できる。

以下図面について、本発明を適用した一実施の形態を詳述する。

（１）本実施の形態による認証装置の全体構成
図１において、本実施の形態による認証装置１の全体構成を示す。この認証装置１は、制御部１０に対して、操作部１１、血管撮像部１２、フラッシュメモリ１３、外部とデータを授受するインターフェース（以下、これを外部インターフェースと呼ぶ）１４及び通知部１５をそれぞれバス１６を介して接続することにより構成される。

制御部１０は、認証装置１全体の制御を司るＣＰＵ(Central Processing Unit)と、各種プログラム及び設定情報が格納されるＲＯＭ(Read Only Memory)と、当該ＣＰＵのワークメモリとしてのＲＡＭ(Random Access Memory)とを含むマイクロコンピュータでなっている。

この制御部１０には、登録対象のユーザ（以下、これを登録者と呼ぶ）の血管を登録するモード（以下、これを血管登録モードと呼ぶ）の実行命令ＣＯＭ１又は登録者本人の有無を判定するモード（以下、これを認証モードと呼ぶ）の実行命令ＣＯＭ２が、ユーザ操作に応じて操作部１１から与えられる。

制御部１０は、かかる実行命令ＣＯＭ１、ＣＯＭ２に基づいて実行すべきモードを決定し、この決定結果に対応するプログラムに基づいて、血管撮像部１２、フラッシュメモリ１３、外部インターフェース１４及び通知部１５を適宜制御することによって、血管登録モード又は認証モードを実行するようになされている。

（１−１）血管登録モード
制御部１０は、実行すべきモードとして血管登録モードを決定した場合、動作モードを血管登録モードに遷移し、血管撮像部１２を制御する。

この場合、血管撮像部１２の駆動制御部１２ａは、この認証装置１における所定位置に近赤外光を照射する１又は２以上の近赤外光光源ＬＳと、撮像カメラＣＭにおける例えばＣＣＤ(Charge Coupled Device)でなる撮像素子ＩＤとを駆動制御する。

この近赤外光光源ＬＳから照射される近赤外光は、所定位置に指が配されているとき、その指内方を反射及び散乱するようにして経由し、指の血管を投影する光（以下、これを血管投影光と呼ぶ）として、光学系ＯＰを介して撮像素子ＩＤに入射する。撮像素子ＩＤは、この血管投影光を所定周期で光電変換し、当該光電変換結果を画像信号として駆動制御部１２ａに順次出力する。

ちなみに、指に照射される近赤外光は、実際には、当該指の表面で反射して撮像素子ＩＤに入射するものもあるため、この撮像素子ＩＤから順次出力される画像信号の画像は、指内方の血管だけではなく、指輪郭や指紋も含まれた状態となる。

駆動制御部１２ａは、この画像の画素値に基づいて、指内方の血管に焦点が合うように光学系ＯＰにおける光学レンズのレンズ位置を調整するとともに、撮像素子ＩＤに入射する入射光量が適応量となるように撮像素子ＩＤに対する露光時間を調整し、当該調整後に撮像素子ＩＤから順次出力される画像データＤ２ｉ（ｉ＝１、２、……、Ｎ（Ｎは整数））を制御部１０に供給する。

制御部１０は、この画像データＤ２ｉに対して、エッジ処理、平滑化処理、２値化処理及び細線化処理を順次施し、該処理結果として得られる血管の画像のうち１又は２以上の血管の画像を登録データＤ_ＲＥとしてフラッシュメモリ１３に記憶する。

このようにしてこの制御部１０は、血管登録モードを実行することができるようになされている。

（１−２）認証モード
一方、制御部１０は、実行すべきモードとして認証モードを決定した場合には、認証モードに遷移し、上述の血管登録モードの場合と同様にして血管撮像部１２を制御する。

この場合、血管撮像部１２は、近赤外光光源ＬＳ及び撮像素子ＩＤを駆動制御するとともに、当該撮像素子ＩＤから順次出力される画像信号に基づいて光学系ＯＰにおける光学レンズのレンズ位置及び撮像素子ＩＤの露光時間を調整し、当該調整後に撮像素子ＩＤから順次出力される画像データＤ２０ｊ（ｊ＝１、２、……、ｎ（ｎは整数））を制御部１０に供給する。

制御部１０は、この画像データＤ２０ｊと、フラッシュメモリ１３に登録された登録データＤ_ＲＥとに基づいて所定の認証処理を施し、このとき指を配したユーザが登録者（正規ユーザ）であるか否かを判定する。

ここで、制御部１０は、登録者であると判定したときには、外部インターフェース１４に接続された動作処理装置（図示せず）に対して所定の動作を行わせる実行命令ＣＯＭ３を生成し、これを外部インターフェース１４を介して動作処理装置に転送する。

この外部インターフェース１４に接続された動作処理装置の実施態様として、例えば閉錠状態にあるドアを採用した場合、制御部１０は、開錠動作を行わせる実行命令ＣＯＭ３をドアに転送する。また他の動作処理装置の実施態様例として、複数の動作モードのうち一部の動作モードを制限した状態にあるコンピュータを採用した場合、制御部１０は、その制限された動作モードを開放させる実行命令ＣＯＭ３をコンピュータに転送する。

なお、実施態様として２つ例を挙げたが、これらに限らず、他の実施態様も適宜選択することができる。また、本実施の形態では、動作処理装置を外部インターフェース１４に接続するようにしたが、当該動作処理装置におけるソフトウェア乃至ハードウェアの構成をこの認証装置１に搭載するようにしてもよい。

これに対して、制御部１０は、登録者ではないと判定したときには、その旨を通知部１５の表示部１５ａを介して表示するとともに、当該通知部１５の音声出力部１５ｂを介して音声出力することによって、当該登録者ではないと判定されたことを視覚的及び聴覚的に通知する。

このようにしてこの制御部１０は、認証モードを実行することができるようになされている。

（２）認証処理の具体的な処理内容
次に、認証モード時に実行される制御部１０の認証処理を具体的に説明する。この認証処理は、機能的には、図２に示すように、動き検出部２１、血管抽出部２２及び照合部２３の各部にそれぞれ分けることができる。以下、これら動き検出部２１、血管抽出部２２及び照合部２３の処理をそれぞれ詳細に説明する。

（２−１）動き検出処理
この動き検出部２１には、撮像素子ＩＤ（図１）から所定周期で順次出力される画像データＤ２０ｊが入力される。動き検出部２１は、これら画像データＤ２０ｊについて、現対象の画像と、その画像よりも時間軸上で１つ前に現対象であった画像との間の相関値を順次求め、当該相関値が予め設定された第１の閾値以上であるか否かを判定する。

ここで、求めた相関値が第１の閾値以上である場合、このことは、撮像対象の指が静止状態又は静止とみなし得る状態にあることを意味する。この場合、動き検出部２１は、その後の処理を続行する。

これに対して、第１の閾値未満となる場合、このことは、撮像対象の指が静止していない状態にあることを意味する。この場合、動き検出部２１は、第１の閾値未満となる期間が所定の期間を超えていないときには、現対象の画像に対応する画像データＤ２０ｊを破棄するとともに、その後の処理を続行する。

このようにして動き検出部２１は、画像データＤ２０ｊのうち、静止状態にある指の撮像結果として得られる画像データＤ２１ｋ（ｋ＝１、２、……、ｍ（ｍは整数））を後段に出力するようになされている。

（２−２）血管抽出処理
血管抽出部２２は、動き検出部２１から順次供給される画像データＤ２１ｋに対して、血管登録モードと同様の画像処理として、例えばソーベルフィルタ処理等の所定の輪郭抽出処理、ガウシアンフィルタ処理等の所定の平滑化処理、２値化処理及び細線化処理などの所定の画像処理を施し、この結果得られる２値画像データＤ２２ｋを照合部２３に送出する。

（２−３）照合処理
照合部２３は、動き検出部２１から順次供給される画像データＤ２１ｋと、血管抽出部２２から順次供給される２値画像データＤ２２ｋそれぞれについて、時間軸上で互いに隣接する画像間の相関値の時間変化を計測し、これら時間変化がなだらかとなる期間が所定の期間を超えたときに、登録データ_ＲＥ（図１）との照合を開始する。

具体的には、例えば図３に示すように、照合部２３は、時間軸上で互いに隣接する多値画像ＩＭＡ_２−ＩＭＡ_１、ＩＭＡ_３−ＩＭＡ_２、……の相関値（以下、これを多値画相関値と呼ぶ）ＣＡ_１、ＣＡ_２、……を順次検出し、現検出対象の多値画相関値（以下、これを現多値画相関値と呼ぶ）をその１つ前に現検出対象であった多値画相関値（以下、これを前多値画相関値と呼ぶ）と比較する。

一方、照合部２３は、この多値画像と同様に、時間軸上で互いに隣接する２値画像ＩＭＢ_２−ＩＭＢ_１、ＩＭＢ_３−ＩＭＢ_２、……の相関値（以下、これを２値画相関値と呼ぶ）ＣＢ_１、ＣＢ_２、……を順次検出し、現検出対象の２値画相関値（以下、これを現２値画相関値と呼ぶ）をその１つ前に現検出対象であった２値画相関値（以下、これを前２値画相関値と呼ぶ）と比較する。

そして照合部２３は、現多値画相関値及び前多値画相関値の比較結果が第１の閾値よりも小さく、かつ、現２値画相関値及び前２値画相関値の比較結果が第２の閾値よりも小さいか否かを判定する。

ここで、かかる２つの比較結果のうちいずれか一方でも対応する閾値以上となる場合、このことは、自己相関が乏しいデータ、つまり登録データ_ＲＥ（図１）における血管形成パターンと同じになる乱数パターンを入力するといった不正行為が行われ、又は、撮像対象に対する照射光量が不安定であるといったように、登録データ_ＲＥ（図１）との照合意義の乏しいデータが入力されていることを意味する。この場合、照合部２３は、登録データ_ＲＥ（図１）との照合を開始することなく、この比較処理を続行する。

これに対して、かかる２つの比較結果の双方が対応する閾値よりも小さくなる場合、照合部２３は、この検出時点をトリガーとして、当該２つの比較結果の双方が対応する閾値よりも小さくなる状態が継続する期間を計測する。

照合部２３は、この計測過程で、現多値画相関値及び前多値画相関値と、現２値画相関値及び前２値画相関値の比較結果のうちいずれか一方でも対応する閾値以上となった場合には、期間計測を中止し、その後に、当該２つの比較結果の双方が対応する閾値よりも小さくなる状態を検出した時点からその状態の継続時間を再計測する。

一方、照合部２３は、かかる継続期間が所定の期間を超えたときには、そのとき現検出対象となっている２値画像と、登録データ_ＲＥ（図１）とにおける血管形成パターンの照合を開始し、この照合の程度に応じて、所定の動作を行わせる実行命令ＣＯＭ３を、動作処理装置（図示せず）に対して転送するようになされている。

このようにして制御部１０は、図４に示すように、多値画像（画像データＤ２１ｋ）と、２値画像（２値画像データＤ２２ｋ）それぞれについて、時間軸上で互いに隣接する画像間の相関値の時間変化を計測することで、多値画像が近似するが２値画像は近似しない態様又はこの逆の態様となるような不正行為のデータ（図中では破線で示す部分）を未然に排除することができる。

このため、制御部１０は、排除しなかった場合の認証ＯＫエリアＡＲ１に比して、より厳格にその認証ＯＫエリアＡＲ２を確保することが可能となり、この結果、第三者でありながら登録者本人と判定される確率、つまり成りすましされる可能性を低減することができる。

（３）認証処理手順
上述の認証処理は、図５のフローチャートに示す手順で実行される。この図５において、制御部１０は、操作部１１（図１）から認証モードの実行命令ＣＯＭ２が与えられると、この認証処理手順ＲＴをステップＳＰ０から開始し、ステップＳＰ１に進んで、血管撮像部１２を駆動制御し、該血管撮像部１２の撮像素子ＩＤ（図１）から順次出力される画像データＤ２０ｊ（図２）のうち、静止状態にない時点に撮像された画像データを破棄する。

そして制御部１０は、ステップＳＰ２において、破棄した後に得られる画像データＤ２１ｋ（図２）に対して所定の画像処理を施し、２値画像データＤ２２ｋを順次生成する。

また制御部１０は、ステップＳＰ３において、画像データＤ２１ｋについて、時間軸上で隣接する多値画像間における多値画相関値の時間変化を計測するとともに、２値画像データＤ２２ｋ（図２）について、時間軸上で隣接する２値画像間における２値相関値の時間変化を順次計測する。

そして制御部１０は、ステップＳＰ４において、計測結果として、多値画相関値及び２値画相関値の双方が対応する閾値よりも小さくなる期間が所定の期間を超えたか否かを判定し、超えた場合には、次のステップＳＰ５に進んで、２値画像データＤ２２ｋのうち、その超えた時点以降におけるいずれか一の２値画像データと、登録データ_ＲＥ（図１）とを照合した後、ステップＳＰ６に進んでこの認証処理手順ＲＴを終了する。

制御部１０は、このような認証処理手順ＲＴにより認証処理を実行することができるようになされている。

（４）動作及び効果
以上の構成において、この認証装置１は、撮像結果として得られる指における血管の画像データＤ２１ｋ（図２）について、時間軸上で隣接する画像間における多値画相関値の時間変化を計測するとともに、当該画像データＤ２０ｊに対して輪郭抽出処理、平滑化処理、２値化処理及び細線化処理等の所定の画像処理が施された結果得られる２値画像データＤ２２ｋ（図２）について、時間軸上で隣接する２値画像間における２値画相関値の時間変化を計測する（図３）。

そして認証装置１は、多値画相関値が第１の閾値よりも小さく、かつ、２値画相関値が第２の閾値よりも小さい期間が所定の期間を超えたとき、該越えた時点以降の２値画像データのいずれかを、登録データＤ_ＲＥ（図１）との照合対象として選択する。

したがって、この認証装置１では、例えば登録データと同じになる乱数データを入力するといった不正行為が行われ、又は、撮像対象に対する照射光量が不安定である場合、原画像及び２値画像間における相関値の時間変化の双方又は一方が対応する閾値以上に変化するため（図４）、擬似的に登録データと一致するような乱数データが不正に入力されたとしても、その乱数データを登録データと照合するといったことを未然に回避することができることになる。この結果、ランダムノイズに起因する認証精度の低下を防止することができる。

この実施の形態の場合、認証装置１は、撮像素子ＩＤ（図１）から所定周期で順次出力される指の血管の画像データＤ２０ｊ（図２）のうち、現対象の画像と、その画像よりも時間軸上で１つ前に現対象であった画像との間の相関値が第３の閾値以上となるとき、当該現対象の画像における画像データを破棄し、該破棄されずに残った画像データＤ２１ｋ（図２）について、多値画相関値の時間変化を計測する。

したがって、この認証装置１では、撮像対象の指が動いている、又は、登録データと同じになる乱数データを入力するといった不正行為が行われている場合、現対象の画像と、その画像よりも時間軸上で１つ前に現対象であった画像との間の相関値が対応する閾値以上となってその動いているときに撮像された画像データが破棄されることになる。このため、この認証装置１では、指の静止状態時の画像データの検出機能と、２値画相関値の時間変化を加味する場合に比して、検出し得る不正行為のバリエーション数が少なくなるが、不正行為の検出機能とを併用することができる。この結果、ランダムノイズに起因する認証精度の低下を確実に防止することができる。

（５）他の実施の形態
上述の実施の形態においては、生体識別対象として、血管を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば指紋又は口紋等を適用するようにしてもよい。また、この生体識別対象の部位として、上述の実施の形態では、指を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば掌、足指、腕、目又は腕等を適用するようにしてもよい。

また上述の実施の形態においては、制御部１０がＲＯＭに記憶されたプログラムにしたがって動き検出処理、血管抽出処理及び照合処理を実行するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、これら処理を専用のハードウェアに代替し、該ハードウェアを制御するようにしてもよい。

さらに上述の実施の形態においては、撮像機能、照合機能及び登録機能を有する認証装置１を適用するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該機能ごとに単体の装置に分けた態様で適用する等、用途等に応じて種々の態様で適用することができる。

本発明は、画像処理分野、特にバイオメトリクス認証分野に利用可能である。

本実施の形態による認証装置の全体構成を示すブロック図である。 認証処理の機能的構成を示すブロック図である。 相関値の時間変化の計測の説明に供する略線図である。 認証ＯＫエリアの説明に供する略線図である。 認証処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１……認証装置、１０……制御部、１２……血管撮像部、１３……フラッシュメモリ、２１……動き検出部、２２……血管抽出部、２３……照合部。

Claims (4)

1. 撮像手段から所定周期で順次出力される生体識別対象の画像データに対して、少なくとも２値化処理を含む所定の画像処理を施す画像処理手段と、
   各上記画像データについて、時間軸上で隣接する画像間における相関値の時間変化を計測するとともに、上記画像処理手段により得られる２値画像データについて、時間軸上で隣接する２値画像間における相関値の時間変化を計測する計測手段と、
   上記画像間における相関値が第１の閾値よりも小さく、かつ、上記２値画像間における相関値が第２の閾値よりも小さい期間が所定の期間を超えたとき、該越えた時点以降の上記２値画像データのいずれかを、登録データとの照合対象として選択する選択手段と
   を具えることを特徴とする認証装置。
2. 撮像手段から所定周期で順次出力される生体識別対象の画像データのうち、現対象の画像と、その画像よりも時間軸上で１つ前に現対象であった画像との間の相関値が第３の閾値以上となるとき、当該現対象の画像における上記画像データを破棄する破棄手段
   を具え、
   上記画像処理手段は、
   上記破棄手段により破棄されずに残った各上記画像データに対して上記所定の画像処理を施す
   を具えることを特徴とする請求項１に記載の認証装置。
3. 撮像手段から所定周期で順次出力される生体識別対象の画像データについて、時間軸上で隣接する画像間における相関値の時間変化を計測する第１のステップと、
   各画像データに対して少なくとも２値化処理を含む所定の画像処理が施された結果得られる２値画像データについて、時間軸上で隣接する２値画像間における相関値の時間変化を計測する第２のステップと、
   上記画像間における相関値が第１の閾値よりも小さく、かつ、上記２値画像間における相関値が第２の閾値よりも小さい期間が所定の期間を超えたとき、該越えた時点以降の上記２値画像データのいずれかを、登録データとの照合対象として選択する第３のステップと
   を具えることを特徴とする認証方法。
4. 撮像手段及び画像処理手段を制御する制御部に対して、
   上記撮像手段から所定周期で順次出力される生体識別対象の画像データについて、時間軸上で隣接する画像間における相関値の時間変化を計測する第１の処理と、
   各画像データに対して少なくとも２値化処理を含む所定の画像処理が上記画像処理手段で施された結果得られる２値画像データについて、時間軸上で隣接する２値画像間における相関値の時間変化を計測する第２の処理と、
   上記画像間における相関値が第１の閾値よりも小さく、かつ、上記２値画像間における相関値が第２の閾値よりも小さい期間が所定の期間を超えたとき、該越えた時点以降の上記２値画像データのいずれかを、登録データとの照合対象として選択する第３の処理と
   を具えることを特徴とするプログラム。

Images