JP2008059543A - 子供音楽教室等の学習塾における携帯電話用認証システムとプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電話用顔認証システムにおける個人顔情報の盗用、改ざん防止の方法、最適な顔特徴情報の獲得方法、ロバスト性がある認証方法を提供。
【解決手段】予め携帯電話端末を用いて顔画像を携帯電話用顔認証局へ送信、登録し入室の際、携帯電話用顔認証局へ撮影した顔画像を送信し、携帯電話用顔認証局における顔画像ノイズの除去と暗号化と復号化し遺伝的アルゴリズムにより正確な顔位置を測定し、正確な顔画像の抽出する。周波数領域への変換により顔特徴の抽出方法、競合ニューラルネットによる優れたロバスト性をもつ顔特徴情報の最適化方法、ユーザ顔特徴登録情報と送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合方法、顔登録情報と認証用顔特徴情報との照合による得られた類似度（閾値）に対し、認証閾値の設定方法、携帯電話端末に個人顔情報を保存せず携帯電話用認証局における顔認証による個人顔認証情報の盗用及び改ざんの防止方法。
【選択図】図１

Description

本発明は最近、子供に対する多く発生する犯罪事件、特に子供の通学中に犯罪事件は多く発生することに対し、子供音楽教室等の学習塾に通う生徒の通学状況の情報を保護者に正しく、かつリアルタイムに伝え、子供が最も安全に通学できるような環境を提供するバイオメトリクス技術である。具体的に本発明は、周波数領域での画像分析による顔特徴の抽出に基づいて競合ニューラルネットを用いる画像認識手法による高精度、かつ高速度の顔画像認証方法（１：Ｎ）と顔特徴情報を盗用、改ざんできないような暗号化方法による携帯電話用顔認証システム及びプログラムに関する。

現在、携帯電話用顔認証技術は通常、携帯電話端末で認証を行っている。これは、携帯電話端末に個人情報を常に保存することに対し、個人顔情報の盗用や、改ざん等の恐れがあるため、セキュリティ上で大きな問題となっている。携帯電話による複数ユーザの認証（１：Ｎ）に対し、各ユーザのＩＤや、パスワードなどの情報入力は要求されている。個人顔情報を保存するデータベースへの悪意的な攻撃による個人顔情報の盗用および改ざんはセキュリティ上での大きな問題もある。

本発明は、複数ユーザが認証システムを実装せず、通常の携帯電話端末で撮影されたユーザの顔画像を携帯電話用顔認証局へ送信するのみ、顔認証（（１：Ｎ）を行う。暗号化されているユーザ登録情報を登録情報用データベースに保存し、ユーザ顔認証情報の盗用及び改ざんは不可能になる。さらに周波数領域での分析方法により顔特徴を抽出したうえ、競合ニューラルネットを用いて最適化された顔特徴情報を獲得することによって激しい光変化や、顔表情変化等に対し、優れたロバスト性を持つことが可能である。

（請求項１）
携帯電話用顔認証局へ送信した携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、撮影中に発生する画像ノイズと携帯電話用顔認証局への送信中に発生する画像ノイズ（高周波領域）を除去する方法。
（請求項２）

前記画像ノイズの除去された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、暗号化する方法。
（請求項３）

前記暗号化された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、復号化する方法。
（請求項４）

遺伝的アルゴリズムにより両目、鼻、口を測定する方法。
（請求項５）

前記測定された両目、鼻、口位置の情報より顔の部品分布を計算し、顔輪郭算出公式により正確な顔画像を抽出する方法。
（請求項６）

前記抽出された顔画像に対し、周波数領域でのフィルタを用いて顔特徴を顕著に表すように周波数領域へ変換を行い、顔特徴情報を抽出する方法。
（請求項７）

前記抽出された顔特徴情報に基づき、各種な教師パターン（サンプル顔画像）により訓練させた競合的なニューラルネットを用いて最適化顔特徴情報を獲得する方法。
（請求項８）

前記最適化された顔特徴情報に対し、顔特徴情報の登録情報を作成する方法。
（請求項９）

前記作成された顔特徴情報の登録情報に対し、暗号化する方法。
（請求項１０）

前記暗号化された顔特徴情報の登録情報に対し、復号化する方法。
（請求項１１）

認証際、顔認証登録情報保存用データベースに保存されたユーザ顔特徴登録情報と携帯電話端末から送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合を行う方法。
（請求項１２）

前記顔認証登録情報保存用データベースに保存されたユーザ顔特徴登録情報と携帯電話端末から送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合による得られた類似度（閾値）に対し、認証閾値を設定する方法。
（請求項１３）

登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、暗号化する方法。
（請求項１４）

前記登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、復号化する方法。
（請求項１５）

前記請求１２項に記述した認証閾値の設定方法より得られた認証結果に対応し、送信された登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の顔画像データベースから検出された認証者の顔画像と前記復号化された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報との結合方法及び子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者への認証結果の送信方法。
（請求項１６）

携帯電話用顔認証局へ送信した携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、撮影中に発生する画像ノイズと携帯電話用顔認証局への送信中に発生する画像ノイズ（高周波領域）を除去する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項１７）

前記画像ノイズの除去された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、暗号化する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項１８）

前記暗号化された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、復号化する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項１９）

遺伝的アルゴリズムにより両目、鼻、口を測定する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２０）

前記測定された両目、鼻、口位置の情報より顔の部品分布を計算し、顔輪郭算出公式により正確な顔画像を抽出する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２１）

前記抽出された顔画像に対し、周波数領域でのフィルタを用いて顔特徴を顕著に表すように周波数領域へ変換を行い、顔特徴情報を抽出する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２２）

前記抽出された顔特徴情報に基づき、各種な教師パターン（サンプル顔画像）により訓練させた競合的なニューラルネットを用いて最適化顔特徴情報を獲得する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２３）

前記最適化された顔特徴情報に対し、顔特徴情報の登録情報を作成する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２４）

前記作成された顔特徴情報の登録情報に対し、暗号化する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２５）

前記暗号化された顔特徴情報の登録情報に対し、復号化する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２６）

認証際、顔認証登録情報保存用データベースに保存されたユーザ顔特徴登録情報と携帯電話端末から送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合を行う機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２７）

前記顔認証登録情報保存用データベースに保存されたユーザ顔特徴登録情報と携帯電話端末から送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合による得られた類似度（閾値）に対し、認証閾値を設定する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２８）

登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、暗号化する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項２９）

前記登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、復号化する機能を実現する計算機プログラム。
（請求項３０）

前記請求１２項に記述した認証閾値の設定方法より得られた認証結果に対応し、送信された登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の顔画像データベースから検出された認証者の顔画像と前記復号化された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報との結合方法及び子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者へ認証結果を送信する機能を実現する計算機プログラム。

本発明は、学習塾へ通学している生徒の安全な通学のセキュリティ手段として大きな効果を発揮する。

認証用携帯電話端末は、認証用エンジンを実装せず、通常の携帯電話そのまま、利用されるため安価なコストで本発明の認証システムを導入できる。

１：Ｎの携帯電話認証方式により一台携帯電話端末で複数のユーザは認証できるため、抜群な便利さがある。

最適化された顔特徴画像情報により高速度、高精度、優れたロバスト性な顔認証方法及び計算機プログラムにおいて大きな効果を発揮する。

携帯電話端末に顔画像情報を保存せず、携帯電話用顔認証局へユーザの顔画像のみを送信し、携帯電話用顔認証局で認証を行うことにより個人顔情報の盗用や、改ざんの問題を解決できる機能において大きな効果を発揮する。

携帯電話用顔認証局でのすべての認証用情報を暗号化するため、個人情報の盗用や、改ざんなどの問題を解決できることにおいて大きな効果を発揮する。

発明を実施するための最良の状態

以下、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態の一つである子供音楽教室等の学習塾における携帯電話用認証システムの構成を示すブロック図である。

本発明における子供音楽教室等の学習塾における携帯電話用認証システムは、携帯電話用顔認証局Ｓ、子供音楽教室等の学習塾における認証顔画像入力用の携帯電話端末１、顔画像受信部と顔画像ノイズ除去部及び登録顔画像暗号化部２、顔位置測定部３、顔画像抽出部４、顔特徴抽出部５、最適化顔特徴情報作成部６、顔登録情報及び顔認証情報作成部７、顔登録情報暗号化部８、顔認証部９、顔登録情報復号化部１０、顔画像復号化部と認証結果送信部１１、生徒帰宅通知部１２、登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者の複数の携帯電話端末Ａ及びＮ、顔認証情報の登録した子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の顔画像データベースＤＢ１、顔登録情報用データベースＤＢ２、顔認証情報の登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報用データベースＤＢ３から構成されている。

携帯電話用顔認証局Ｓは、顔画像受信部と顔画像ノイズ除去部及び登録顔画像暗号化部２、顔位置測定部３、顔画像抽出部４、顔特徴抽出部５、最適化顔特徴情報作成部６、顔登録情報及び顔認証情報作成部７、顔登録情報暗号化部８、顔認証部９、顔登録情報復号化部１０、顔画像復号化部と認証結果送信部１１、生徒帰宅通知部１２、登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者の複数の携帯電話端末Ａ及びＮ、顔認証情報の登録した子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の顔画像データベースＤＢ１、顔登録情報用データベースＤＢ２、顔認証情報の登録した子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報用データベースＤＢ３から構成されている。

携帯電話用顔認証局Ｓでは、前記の各構成部により先ず、子供音楽教室等の学習塾における認証顔画像入力用の携帯電話端末１から受信した生徒の顔画像に対し、登録処理を行う。

顔情報登録処理は、具体的に以下のように行う。

先ず、子供音楽教室等の学習塾における認証顔画像入力用の携帯電話端末１から受信した生徒の顔画像に対し、顔画像受信部と顔画像ノイズ除去部及び登録顔画像暗号化部２で処理する。

顔画像受信部と顔画像ノイズ除去部及び登録顔画像暗号化部２は、先ず、顔画像受信部で子供音楽教室等の学習塾における認証顔画像入力用の携帯電話端末１から登録際の生徒の顔画像を正確に受信し、次に顔画像ノイズ除去部で受信した顔画像に対し、顔画像ノイズ除去を行い、同時に登録顔画像暗号化部と顔位置測定部３へ登録用顔画像を送る。

登録顔画像暗号化部は、前記顔画像ノイズ除去部から送ってきたノイズの除去された顔画像を暗号化し、暗号化された顔画像を登録用の子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒顔画像データベースＤＢ１へ送信し、保存する。同時に顔位置測定部３へ送る。

顔位置測定部３は、携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、先ず、両目、両眉の位置を測定し、その両目、両眉の縦位置はほぼ同じで顔の中心線に対して対象であること、鼻、口は目の下部にあることなど顔全体の構造に関する知識を利用して、遺伝的アルゴリズムにより鼻を測定し、最後に遺伝的アルゴリズムにおける生物の遺伝と進化のメカリズムにより多数の候補の中から最適なものを選択し、口位置を測定する。測定された両目、鼻、口の情報は、顔画像抽出部２に送られる。

顔画像抽出部４は、前記顔位置測定部３から送られた顔（両目、鼻、口）位置情報により顔輪郭算出公式を用いて正確な顔画像の抽出を行う。顔特徴抽出部５に抽出された顔画像を送る。

顔特徴抽出部５は、前記顔画像抽出部４から送られた顔画像に対し、周波数領域へ変換し、顔特徴情報を抽出する。最適化顔特徴情報作成部６へ抽出された顔特徴情報を送る。

最適化顔特徴情報作成部６は、前記顔特徴抽出部５から送られた顔特徴情報に対し、競合的ニューラルネットにより最適化な顔特徴情報を作成する。作成された最適化な顔特徴情報を顔登録情報及び顔認証情報作成部７へ送る。

顔登録情報及び顔認証情報作成部７は、顔登録際と顔認証際と同じく、顔特徴情報を作成する。顔登録際、顔登録情報として顔登録情報暗号化部８へ送る。顔認証際、顔認証情報として顔認証部９へ送る。

顔登録情報暗号化部８は、顔登録情報及び顔認証情報作成部７から送られた顔特徴情報を暗号化する。暗号化された顔登録情報を顔登録情報用データベースＤＢ２へ送信する。

顔認証処理は、具体的に以下のように行う。

認証際、顔登録情報復号化部１０は、顔登録情報用データベースＤＢ２から受信した暗号化された顔登録情報を復号化する。復号化された顔登録情報を顔認証部９へ送る。

顔認証部９は、復号化された顔登録情報と認証際、顔認証情報との照合を行う。照合結果に対し、類似度計算アルゴリズムを用い、類似度を計算する。さらに認証閾値設定のアルゴリズムを用いて、認証閾値を設定する。算出した類似度と設定された認証閾値に基づく本人認証判断のアルゴリズムによって認証結果を獲得する。本人として認証されれば、認証結果を顔画像復号化部と認証結果送信部１１へ送信する。

前記顔認証部９は、算出した類似度と設定された認証閾値に基づく本人認証判断のアルゴリズムによって認証結果は、本人として認証されない場合、引き続き、顔登録情報復号化部１０から複合された顔登録情報用データベースＤＢ２に登録された顔登録情報を受信し、前述の顔認証部９における認証処理を繰り返す。

顔画像復号化部と認証結果送信部１１は、顔認証部９における本人として認証された場合、先ず、顔画像復号化部で顔認証情報の登録した子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の顔画像データベースＤＢ１から送信された本人顔画像を復号化する。次に顔認証情報の登録した子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報用データベースＤＢ３から対応した保護者情報に基づき、撮影された本人顔画像と本人認証した結果を保護者の携帯電話端末（Ａ・・・Ｎ）へ送信する。

生徒帰宅通知部１２は、子供音楽教室等の学習塾における認証顔画像入力用の携帯電話端末１から生徒が帰宅する情報を受信し、保護者情報用データベースＤＢ３から対応した保護者情報に基づき、本人帰宅のメッセージを保護者の携帯電話端末（Ａ・・・Ｎ）へ送信する。

以上、本発明の望ましい実施形式について説明した。本発明は、携帯電話用顔認証の応用分野に広く適用できる。

本発明における顔認証システムの一例を示す機能ブロック図 本発明における顔認証システムの登録処理の一例を示すフローチャート 本発明における顔認証システムの認証処理の一例を示すフローチャート 本発明における顔認証システムの生徒帰宅通知処理の一例を示すフローチャート

符号の説明

１：子供音楽教室等の学習塾における認証顔画像入力用の携帯電話端末
２：顔画像受信部、顔画像ノイズ除去部及び登録顔画像暗号化部
３：顔位置測定部
４：顔画像抽出
５：顔特徴抽出部
６：最適化顔特徴情報作成部
７：顔登録情報及び認証情報作成部
８：顔登録情報暗号化部
９：顔認証部
１０：顔認証登録情報復号化部
１１：顔画像復号化部と認証結果送信部
１２：生徒帰宅通知部
Ａ：登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者の携帯電話端末
Ｎ：登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者の携帯電話端末
ＤＢ１：送信された登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の顔画像データベース
ＤＢ２：顔登録情報用データベース
ＤＢ３：顔認証情報の登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報用データベース
Ｓ：携帯電話用顔認証局

Claims (30)

1. 携帯電話用顔認証局へ送信した携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、画像ノイズ（高周波領域）の除去方法。
2. 前記画像ノイズの除去された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、暗号化方法。
3. 前記暗号化された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、復号化方法。
4. 遺伝的アルゴリズムにより両目、鼻、口の測定方法。
5. 前記測定された両目、鼻、口位置の情報より正確な顔画像の抽出方法。
6. 前記抽出された顔画像に対し、周波数領域へ変換を行い、顔特徴情報の抽出方法。
7. 前記抽出された顔特徴情報に基づき、競合的なニューラルネットを用いた最適化顔特徴情報の獲得方法。
8. 前記最適化された顔特徴情報に対し、顔特徴情報の登録情報の作成方法。
9. 前記作成された顔特徴情報の登録情報に対し、暗号化方法。
10. 前記暗号化された顔特徴情報の登録情報に対し、復号化方法。
11. 認証際、ユーザ顔特徴登録情報と送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合方法。
12. 前記顔登録情報認証用顔特徴情報との照合による得られた類似度（閾値）に対し、認証閾値の設定方法。
13. 登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、暗号化方法。
14. 前記登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、復号化方法。
15. 前記請求１２項に記述した認証閾値の設定方法より得られた認証結果に対応し、登録した生徒顔画像データベースから検出された認証者の顔画像と生徒の保護者情報との結合方法及び保護者への認証結果の送信方法。
16. 携帯電話用顔認証局へ送信した携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、画像ノイズ（高周波領域）を除去する機能を実現する計算機プログラム。
17. 前記画像ノイズの除去された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、暗号化する機能を実現する計算機プログラム。
18. 前記暗号化された携帯電話のカメラによる撮影したｎｘｍ（ｎ≧ｍ）画素の顔画像情報に対し、復号化する機能を実現する計算機プログラム。
19. 遺伝的アルゴリズムにより両目、鼻、口を測定する機能を実現する計算機プログラム。
20. 前記測定された両目、鼻、口位置の情報より正確な顔画像を抽出する機能を実現する計算機プログラム。
21. 前記抽出された顔画像に対し、周波数領域へ変換を行い、顔特徴情報を抽出する機能を実現する計算機プログラム。
22. 前記抽出された顔特徴情報に基づき、競合的なニューラルネットを用いた最適化顔特徴情報を獲得する機能を実現する計算機プログラム。
23. 前記最適化された顔特徴情報に対し、顔特徴情報の登録情報を作成する機能を実現する計算機プログラム。
24. 前記作成された顔特徴情報の登録情報に対し、暗号化する機能を実現する計算機プログラム。
25. 前記暗号化された顔特徴情報の登録情報に対し、復号化する機能を実現する計算機プログラム。
26. 認証際、ユーザ顔特徴登録情報と送信された認証用ユーザ顔特徴情報との照合を行う機能を実現する計算機プログラム。
27. 前記顔登録情報と認証用顔特徴情報との照合による得られた類似度（閾値）に対し、認証閾値を設定する機能を実現する計算機プログラム。
28. 登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、暗号化する機能を実現する計算機プログラム。
29. 前記登録された子供音楽教室等の学習塾へ通学している生徒の保護者情報に対し、復号化する機能を実現する計算機プログラム。
30. 前記請求１２項に記述した認証閾値の設定方法より得られた認証結果に対応し、登録した生徒顔画像データベースから検出された認証者の顔画像と生徒の保護者情報との結合をする、及び保護者へ認証結果を送信する機能を実現する計算機プログラム。

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