JP2015170300A - 生体認証装置および携帯型電子装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 認証精度を向上させることができる生体認証装置および携帯型電子装置を提供する。【解決手段】 生体認証装置は、生体情報を取得する生体センサが設けられた筐体と、前記筐体に対する生体の接触に係る情報を検出する検出部と、予め登録されている生体情報の領域のうち、前記検出部の検出結果に応じて、前記生体センサが取得した生体情報との照合領域を決定する決定部と、前記照合領域の生体情報と、前記生体センサが取得した生体情報との照合を行う照合部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本件は、生体認証装置および携帯型電子装置に関する。

生体認証は、生体情報を用いて本人確認を行う技術である。生体認証では、本人確認が要求される場面で取得された生体情報と、予め登録された登録テンプレートとが照合される。生体認証機能を備えた携帯電話などの端末で手のひらの生体情報を用いて生体認証を行う場合、手のひらの全体の生体情報を取得するのは困難である。そこで、手のひらの広い範囲の登録テンプレートを登録しておき、部分認証を行うことが考えられる。部分認証として、例えば特許文献１の技術を用いることができる。

特開２００２−２４８３１号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、登録テンプレートのうち認証に用いる領域を適切に特定することが困難である。それにより、高い認証精度が得られない。

１つの側面では、本件は、認証精度を向上させることができる生体認証装置および携帯型電子装置を提供することを目的とする。

１つの態様では、生体認証装置は、生体情報を取得する生体センサが設けられた筐体と、前記筐体に対する生体の接触に係る情報を検出する検出部と、予め登録されている生体情報の領域のうち、前記検出部の検出結果に応じて、前記生体センサが取得した生体情報との照合領域を決定する決定部と、前記照合領域の生体情報と、前記生体センサが取得した生体情報との照合を行う照合部と、を備える。

認証精度を向上させることができる。

（ａ）は実施例１に係る生体認証装置のハードウェア構成を説明するためのブロック図であり、（ｂ）および（ｃ）は生体認証装置の外観を例示する図である。 （ａ）および（ｂ）は生体認証装置に対する使用者の保持状態を例示する図である。 （ａ）は撮影範囲を例示する図であり、（ｂ）は登録テンプレートと照合領域との関係を例示する図である。 （ａ）は登録処理時の機能ブロック図であり、（ｂ）は生体認証処理時の機能ブロック図である。 登録処理の際に生体認証装置によって実行されるフローチャートの一例である。 図５のステップＳ４の別例である。 生体認証処理の際に実行されるフローチャートの一例である。 （ａ）〜（ｃ）は図７のステップＳ１２における照合領域の決定手順を例示する図である。 生体認証装置の他の例を表す図である。

以下、図面を参照しつつ、実施例について説明する。

図１（ａ）は、実施例１に係る生体認証装置１００のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。図１（ａ）を参照して、生体認証装置１００は、ＣＰＵ１０１、ＲＡＭ１０２、記憶装置１０３、表示装置１０４、生体センサ１０５、入力機器１０６、接触センサ１０７等を備える。

ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１０１は、中央演算処理装置である。ＣＰＵ１０１は、１以上のコアを含む。ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１０２は、ＣＰＵ１０１が実行するプログラム、ＣＰＵ１０１が処理するデータなどを一時的に記憶する揮発性メモリである。記憶装置１０３は、不揮発性記憶装置である。記憶装置１０３として、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリなどのソリッド・ステート・ドライブ（ＳＳＤ）、ハードディスクドライブに駆動されるハードディスクなどを用いることができる。記憶装置１０３は、生体認証プログラムを記憶している。

表示装置１０４は、液晶ディスプレイ、エレクトロルミネッセンスパネルなどであり、使用者への指示、後述する登録処理および生体認証処理の結果などを表示する。生体センサ１０５は、非接触で被写体を撮像することによって生体情報を取得できるものであれば特に限定されるものではなく、一例としてＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）カメラなどである。本実施例においては、生体センサ１０５は、一例としてユーザの手のひら画像を取得する。入力機器１０６は、キーボード、タッチパネルなどの機器である。

接触センサ１０７は、使用者の接触に係る情報を検出するセンサである。例えば、接触センサ１０７は、使用者の接触の位置、接触の領域の数、接触の面積などを検出する。接触領域の数は、互いに離間する接触領域の数である。本実施例においては、接触センサ１０７は、使用者の指および手のひらの少なくとも一方の接触に係る情報を検出する。接触センサ１０７として、例えば、タッチパネル、圧力センサなどを用いることができる。

図１（ｂ）および図１（ｃ）は、生体認証装置１００の外観を例示する図である。図１（ｂ）は生体認証装置１００の正面図であり、図１（ｃ）は生体認証装置１００の側面図である。本実施例においては、生体認証装置１００は、携帯電話端末、タブレット端末などの携帯型電子装置である。図１（ｂ）および図１（ｃ）で例示するように、本実施例においては、生体認証装置１００は、厚みを有する平板型の筐体１０８に組み込まれている。

表示装置１０４は、筐体１０８の一方の主面（正面）に設けられている。生体センサ１０５は、筐体１０８の他方の主面（背面）に設けられている。すなわち、生体センサ１０５は、センサ面が筐体１０８の背面から外部を向くように設けられている。接触センサ１０７は、筐体１０８の側面に設けられている。本実施例においては、接触センサ１０７は、長手の２側面に設けられている。このような配置においては、使用者は自身の顔と筐体１０８の正面とを対向させる。したがって、使用者が指および手のひらの少なくともいずれか一方を用いて筐体１０８を保持する場合、手のひらは生体センサ１０５のセンサ面と対向する。また、生体センサ１０５と手のひらとの間には、隙間が介在する。それにより、生体センサ１０５を用いて手のひら画像を取得することができる。また、使用者の少なくともいずれかの指が接触センサ１０７と接触する。それにより、使用者が筐体１０８を保持する状態を検出することができる。

図２（ａ）および図２（ｂ）は、生体認証装置１００に対する使用者の保持状態を例示する図である。図２（ａ）および図２（ｂ）の例では、右手で筐体１０８が保持され、親指で右側の側面が保持され、中指、薬指および小指の３指で左側の側面が保持されている。この場合、接触センサ１０７は、右側の側面で１点（１領域）、左側の側面で３点（３領域）の接触を検出する。この検出結果に応じて、右手で筐体１０８が保持されていることが検出される。接触位置が検出されることから、図２（ａ）の例では、筐体１０８の上寄りが保持され、図２（ｂ）の例では、筐体１０８の下寄りが保持されていることが検出される。

なお、接触領域が所定面積よりも狭い場合には指が接触し、接触領域が所定面積より広い場合には、指ではなく手のひらの一部が接触していると検出することもできる。例えば、右手の親指から拇指丘にかけて右側の側面が保持されていれば、右側では点（小領域）と面（大領域）とが検出され、左側では３点（小領域）が検出される。また、親指を浮かせて拇指丘で右側の側面が保持されていれば、右側では面（大領域）が検出され、左側では３点（小領域）が検出される。なお、これらの判断基準は、筐体１０８の形状等に応じて変更してもよい。また、親指と他の指とを区別するために、面積の小領域、中領域、大領域を識別することによって、他の指、親指、および手のひらを区別することもできる。

生体センサ１０５の撮影範囲は、生体センサ１０５と手のひらとの距離に応じて変化する。手で筐体１０８を保持するような場合、生体センサ１０５は、手のひらの一部の画像を取得することになる。例えば、図２（ａ）の例では筐体１０８の上寄りが保持されているため、図３（ａ）で例示するように、手のひらのうち、手首側の一部の画像が取得される。図２（ｂ）の例では筐体１０８の下寄りが保持されているため、図３（ａ）で例示するように、手のひらのうち、指先側の一部の画像が取得される。

図３（ｂ）は、登録テンプレートと、照合に用いることが好ましい照合領域との関係を例示する図である。登録テンプレートは、生体認証処理時に撮影され得る手のひら領域をカバーするように登録しておくことが望ましい。例えば、生体認証処理時における生体センサ１０５の撮影範囲より広い範囲であることが好ましい。図３（ｂ）のように、手のひら全体が登録されていることが好ましい。

筐体１０８の下寄りが保持された場合、図３の（ｂ）の登録テンプレートの中で、照合領域１を照合用に用いることが好ましい。筐体１０８の上寄りが保持された場合、登録テンプレートの中で、照合領域２を照合用に用いることが好ましい。このように、手のひらの広い領域について登録テンプレートを作成しておくことによって、その一部を適切に用いることによって、精度の高い照合が可能となる。

図４（ａ）は、登録処理時の生体認証装置１００の機能ブロック図である。図４（ｂ）は、生体認証処理時の生体認証装置１００の機能ブロック図である。図４（ａ）で例示するように、登録処理時においては、生体認証装置１００は、画像取得部１０、特徴抽出部２０、保持状態検出部３０、登録データ生成部４０、および登録データベース５０として機能する。図４（ｂ）で例示するように、生体認証処理時においては、生体認証装置１００は、画像取得部１０、特徴抽出部２０、保持状態検出部３０、照合部６０、および登録データベース５０として機能する。

画像取得部１０は、生体センサ１０５から手のひら画像を取得する。特徴抽出部２０は、生体情報として、手のひら画像から生体特徴を抽出する。例えば、静脈パターン、掌紋、関節の皺などの生体情報を生体特徴として抽出することができる。保持状態検出部３０は、接触センサ１０７の検出結果に応じて、使用者による筐体１０８の保持状態を検出する。登録データ生成部４０は、特徴抽出部２０の抽出結果および保持状態検出部３０の検出結果を用いて登録テンプレートを生成する。登録データベース５０は、登録データ生成部４０が生成した登録テンプレートを記憶する。照合部６０は、保持状態検出部３０の検出結果に応じて、特徴抽出部２０の抽出結果と、登録テンプレートとを照合する。

以下、登録処理の詳細について説明する。図５は、登録処理の際に生体認証装置１００によって実行されるフローチャートの一例である。図５で例示するように、画像取得部１０は、複数の異なる保持位置に対応して手のひら画像を取得し、保持状態検出部３０は、各保持位置における保持状態を検出する（ステップＳ１）。具体的には、画像取得部１０は、使用者が筐体１０８を保持した状態で生体センサ１０５から手のひら画像を取得する。また、保持状態検出部３０は、この状態における保持状態を検出する。ユーザに保持位置を変更させた上で、画像取得部１０および保持状態検出部３０は、さらに手のひら画像および保持状態を検出する。以上のことを繰り返すことによって、複数の異なる保持位置に対応して、手のひら画像を取得することができる。なお、使用者への指示内容は、表示装置１０４に表示させることができる。また、指示内容が表示装置１０４によって表示された後に接触センサ１０７によって接触が検出された場合に、筐体１０８が使用者によって保持されていると判断することができる。

次に、特徴抽出部２０は、ステップＳ１で取得した手のひら画像のそれぞれから、生体情報として生体特徴を抽出する。登録データ生成部４０は、検出された保持状態に基づいて各生体特徴を重ね合わせるまたはつなぎ合わせることによって、合成パターンを生成する（ステップＳ２）。具体的には、保持状態から、手のひらにおける各生体特徴の位置および領域を推定することができる。この位置および領域を用いることによって、各生体特徴を重ね合わせるまたはつなぎ合わせることができる。例えば、生体特徴が静脈パターンであれば、手のひら画像から得られる小領域の静脈パターンをつなぎ合わせることによって、より大きい領域の静脈パターンを得ることができる。

次に、登録データ生成部４０は、ステップＳ２で生成された合成パターンの領域の基準点（中心、左上など）と、保持状態との対応テーブルを作成する（ステップＳ３）。次に、登録データ生成部４０は、ステップＳ２で生成された合成パターンと、ステップＳ３で生成された対応テーブルとを登録データとして保存する（ステップＳ４）。

なお、保持状態のバリエーションが多いほど、合成パターンの領域が広くなり、生体認証精度が向上する。一方で、撮影回数を多くすると、使用者の操作が煩雑となる。そこで、数回（例えば、２、３回）の撮影を行った後、手のひらの全体を俯瞰できる撮影を行い、全体パターンと合成パターンとをパターンマッチングして位置関係の対応を求めてもよい。図６は、この場合のフローチャートの一例である。なお、図６は、図５のステップＳ４の別例である。

図６で例示するように、画像取得部１０は、使用者の撮影対象の手のひらを筐体１０８から離させた位置で、当該手のひらの全体の画像を取得する。特徴抽出部２０は、手のひらの全体の画像から生体特徴を抽出することによって、全体パターンを作成する（ステップＳ４１）。次に、登録データ生成部４０は、ステップＳ４１で取得した全体パターンと、ステップＳ２で生成された合成パターンとが最も良く合う位置を求め、全体パターン上の保持状態の対応を求める（ステップＳ４２）。次に、登録データ生成部４０は、全体パターンと保持状態との対応テーブルを登録データとして保存する（ステップＳ４３）。

続いて、生体認証処理の詳細について説明する。図７は、生体認証処理の際に生体認証装置１００によって実行されるフローチャートの一例である。図７で例示するように、使用者が筐体１０８を保持した状態で、画像取得部１０は生体センサ１０５から手のひら画像を取得し、保持状態検出部３０は保持状態を検出する（ステップＳ１１）。なお、ステップＳ１１では、特徴抽出部２０は、ステップＳ１１で取得した手のひら画像から生体特徴を抽出する。次に、照合部６０は、登録テンプレートにおける、ステップＳ１１で検出された保持状態に対応する照合領域を決定する（ステップＳ１２）。次に、照合部６０は、ステップＳ１で取得された生体特徴と、ステップＳ１２で決定された照合領域の生体特徴とを照合する（ステップＳ１３）。なお、ステップＳ１３において、照合部６０は、両者の類似度がしきい値以上であれば照合成功と判定し、両者の類似度が当該しきい値未満であれば照合失敗と判定する。

図８（ａ）〜図８（ｃ）は、図７のステップＳ１２における照合領域の決定手順を例示する図である。図８（ｂ）は、接触センサ１０７によって接触が検出される位置、数、および範囲を例示する図である。網掛け部分は、接触が検出される位置および範囲である。図８（ａ）は、保持状態検出部３０によって検出される保持状態と、当該保持状態において画像取得部１０が取得する手のひら画像の領域との対応関係を表すテーブルである。このように、保持状態に対して、照合領域を対応させることができる。また、右手と左手とを区別することができる。

ところで、接触センサ１０７によって接触が検出される位置および範囲の重心を求めることによって、手のひらのうち指先側および手首側の方向（縦方向）の位置を得ることができる。したがって、接触センサ１０７が検出する位置、数および範囲に応じて図８（ａ）のテーブルから領域を決定し、当該領域において縦方向の位置を得ることによって、照合範囲を決定することができる。

生体センサ１０５と手のひらとが非接触である場合、生体センサ１０５と手のひらとの距離が安定しないことが考えられる。また、生体センサ１０５と手のひらとの距離が安定しても、生体センサ１０５と手のひらとの相対位置や傾きが安定しないことも考えられる。このような場合、登録テンプレートと、生体センサ１０５が取得した手のひら画像から抽出された生体特徴とを単純に照合しても、高い認証精度は得られない。また、登録テンプレートのうち、どの領域を照合用に用いてよいか判断することも困難である。特に、静脈パターンなどでは、指紋のような渦の中心などが現れないため、位置の決定が困難である。手のひらの一部の画像しか得られない場合には、手のひらの輪郭を用いることもできない。

これに対して、本実施例においては、接触センサ１０７が検出する保持状態に応じて、登録テンプレートのうち照合領域を決定することができる。この場合、認証精度を向上させることができる。保持状態として、接触センサ１０７が検出する接触位置、接触数、接触面積などを用いることができる。本実施例においては、指の位置、指の数、接触面積などに応じて照合領域を決定することができる。接触面積にしきい値を設けることで接触領域の大小を区別することによって、照合領域の決定精度が向上する。例えば、親指と、他の指と、手のひらの一部（例えば拇指丘）とを区別することで、照合領域の決定精度が向上する。

なお、手のひら全体のパターン上で部分パターンを走査して合致する位置を探して照合をおこなうことも考えられるが、全体を走査することにより処理時間は増大し、別の利用者の異なる位置と偶然一致する他人受入の危険性が懸念される。これに対して、本実施例では手のひら全体のうちの部分パターンを走査する必要がないため、照合領域の決定に要する時間を短縮することができる。

また、片手操作で容易に照合でき、使い勝手が向上するため安定した照合が可能といった速度・精度の向上が期待できる。更に、片手で持って照合するため、照合とその後の利用者が同一である確率が高くなり、端末機能・サービス利用時の本人確認の信頼性が向上する効果も期待できる。

なお、保持状態によっては、撮影される手のひら面が湾曲していることが予想される。このような場合には、湾曲を考慮した照合領域を設定して照合をおこなうことにより照合精度を向上することができる。

（他の例）
生体認証装置１００は、携帯型電子装置に限られず、据え置き型装置であってもよい。例えば、生体認証装置１００は、ＡＴＭ装置、部屋の出入り口などに設けられていてもよい。図９は、生体認証装置１００の他の例を表す図である。図９で例示するように、生体センサ１０５を備える筐体１０８は、他の機器に固定されていてもよい。この場合、筐体１０８の少なくともいずれかの側面に、接触センサ１０７が設けられている。使用者は、筐体１０８のいずれかの面に指を接触させることによって手のひらの位置を固定する。この保持状態を検出することによって、手のひらの位置を推定することができる。この推定結果に応じて照合範囲を決定することによって、認証精度を向上させることができる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ 画像取得部
２０ 特徴抽出部
３０ 保持状態検出部
４０ 登録データ生成部
５０ 登録データベース
６０ 照合部
１００ 生体認証装置
１０５ 生体センサ
１０７ 接触センサ
１０８ 筐体

Claims (6)

1. 生体情報を取得する生体センサが設けられた筐体と、
   前記筐体に対する生体の接触に係る情報を検出する検出部と、
   予め登録されている生体情報の領域のうち、前記検出部の検出結果に応じて、前記生体センサが取得した生体情報との照合領域を決定する決定部と、
   前記照合領域の生体情報と、前記生体センサが取得した生体情報との照合を行う照合部と、を備えることを特徴とする生体認証装置。
2. 前記接触に係る情報は、前記生体の接触の位置、前記生体の接触の領域の数、および前記生体の接触の面積の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１記載の生体認証装置。
3. 前記生体情報は、静脈パターンであることを特徴とする請求項１または２記載の生体認証装置。
4. 前記筐体は、厚みを有する平板の形状を有し、
   前記生体センサは、センサ面が前記筐体の主面の一方から外部を向くように設けられ、
   前記筐体の他方の主面には、表示装置が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の生体認証装置。
5. 前記検出部は、前記筐体の少なくとも対向する２側面に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の生体認証装置。
6. 生体情報を取得する生体センサが設けられた端末と、
   前記端末に対する生体の接触に係る情報を検出する検出部と、
   予め登録されている生体情報の領域のうち、前記検出部の検出結果に応じて、前記生体センサが取得した生体情報との照合領域を決定する決定部と、
   前記照合領域の生体情報と、前記生体センサが取得した生体情報との照合を行う照合部と、を備えることを特徴とする携帯型電子装置。

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