JP2018036247A - 識別装置及び識別方法 - Google Patents

Abstract

【課題】生体識別の自由度を向上させることができ、生体識別を短時間で効果的に行うことができる識別装置を提供する。【解決手段】生体５０を識別する識別装置１０であって、生体５０を含む所定範囲Ａ１に送信信号を送信する送信アンテナ素子２１と、所定範囲Ａ１の周囲を囲むＮ個の受信部３０Ａ〜３０Ｈであって、生体５０によって反射された反射信号を含む受信信号を、当該受信部が有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部３０Ａ〜３０Ｈと、対象生体において送信信号が反射された反射信号を含む受信信号をＮ個の受信部３０Ａ〜３０Ｈが予め受信したＮ個の受信信号である教師信号４２を記憶しているメモリ４１と、教師信号と受信したＮ個の受信信号とから複数の相関係数を算出し、複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、生体５０と対象生体とが同一であると判定する回路４０と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、生体に無線信号を照射し、その反射信号を受信して生体の識別を行う識別装置及び識別方法に関する。

例えば特許文献１には、自動車の運転者に対して電磁波を照射し、その反射波を用いて心拍及び心音信号を抽出することで、個人を識別する装置が開示されている。

また、特許文献２には、自動車の運転者に対し複数送受信機を用い、被験者の心拍数を測定する方法が開示されている。

また、特許文献３には、被験者に対し複数アンテナによる３６０度放射パターン測定装置が開示されている。

特開２０１５−０４２２９３号公報 特開２００９−０５５９９７号公報 特開２００７−３２５６２１号公報

しかしながら、電磁波を利用した生体識別は自動車の運転者のようにハンドルや座席に囲まれた運転席空間という近距離だけでなく、数メートル離れた距離からの識別など、様々な場面で用いられることが想定され、生体識別の自由度を向上させることが求められている。

上記目的を達成するために、本発明の一形態に係る識別装置は、生体を識別する識別装置であって、前記生体を含む所定範囲に送信信号を送信する少なくとも１個の送信アンテナ素子と、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個の受信部であって、前記生体によって前記送信信号が反射された反射信号を含む受信信号を、当該受信部が有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部と、対象生体に対して前記送信アンテナ素子から送信された送信信号が前記対象生体によって反射された反射信号を含む受信信号を前記Ｎ個の受信部が予め受信することにより得られたＮ個の受信信号である教師信号を記憶しているメモリと、前記教師信号と前記Ｎ個の受信部が受信することにより得られたＮ個の前記受信信号とから複数の相関係数を算出し、前記複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定する、回路と、を備える。

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

本開示に係る識別装置によれば、生体識別の自由度を向上させることができ、生体識別を短時間で効果的に行うことができる。

図１は、実施の形態１における識別装置の一例を示す構成図である。 図２は、実施の形態１における回路およびメモリの機能的な構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１における教師信号の一例を示す図である。 図４は、実施の形態１における識別装置の動作の一例を示すフローチャートである。 図５は、実施の形態１における判定処理の一例を示すフローチャートである。 図６は、相関係数ρの累積確率分布の概念図を示すグラフである。 図７は、実施の形態１における識別装置による認識試験に用いた環境を示す図である。 図８は、識別試験により得られた相関係数ρの累積確率分布を示す図である。 図８で決定した条件（Ｘ＝７０〔％〕）を元に行った識別試験の識別結果を示す図である。 図１０は、実施の形態１の変形例１における識別装置の一例を示す構成図である。 図１１は、実施の形態２における識別装置の一例を示す構成図である。 図１２は、実施の形態２における回路およびメモリの機能的な構成を示すブロック図である。 図１３は、実施の形態２における識別装置の動作の一例を示すフローチャートである。

（本発明の基礎となった知見）
電磁波を利用した生体の識別に関する従来技術について、発明者らは詳細な検討を行った。その結果、特許文献１および２の方法では、自動車の運転席に座っている人物に電磁波を照射して、その人物からの反射波を測定し、測定した結果に対して演算処理を行う。この演算処理により心拍または心音の測定を行い、測定した心拍または心音の時間相関を取得することで、生体識別を実現している。しかしながら、生体の識別が必要となる状況は、人が運転席に座っている以外にも多数あり、例えば、立つ、座る、寝る、歩くなど、各種状況における生体の識別については十分に考慮されていない。

発明者らは、以上の課題に対して研究を重ねた結果、生体を識別する識別装置の適用先を増やすには、アンテナと生体の識別の対象生体との間の制約を緩和するために、アンテナと対象生体との距離または位置関係の自由度を向上させることが必要であると考えた。具体的には、対象生体の向きの自由度を上げるため、つまり、対象生体がどのような向きであっても識別できるようにするため、対象生体を基準として、アンテナを対象生体の周辺の複数の位置に対象生体への向きに設置することを見出した。また、アンテナと対象生体との距離の自由度を上げるため、対象生体を測位し、その結果を用いて距離補正を行うことで、対象生体とアンテナとの間の距離の条件を緩和可能であることを見出した。また、更に、対象生体とアンテナとの間の距離が離れることで、アンテナが受信する対象生体からの反射波が弱くなるため、測定時間を数十秒などに十分に長くすることを見出した。また、取得するデータ数を増やし、時間相関を複数パターン取得し、かつ、得られた複数パターンの時間相関の結果を降順に並べ、当該結果が所定の領域に含まれるときに生体識別することにより偶然の一致やノイズ成分を除去することが可能であることを見出した。発明者らは、これらを見出すことにより、本発明に至った。

すなわち、本発明の一態様に係る識別装置は、生体を識別する識別装置であって、前記生体を含む所定範囲に送信信号を送信する少なくとも１個の送信アンテナ素子と、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個の受信部であって、前記生体によって前記送信信号が反射された反射信号を含む受信信号を、当該受信部が有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部と、対象生体に対して前記送信アンテナ素子から送信された送信信号が前記対象生体によって反射された反射信号を含む受信信号を前記Ｎ個の受信部が予め受信することにより得られたＮ個の受信信号である教師信号を記憶しているメモリと、前記教師信号と前記Ｎ個の受信部が受信することにより得られたＮ個の前記受信信号とから複数の相関係数を算出し、前記複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定する、回路と、を備える。

これによれば、所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個の受信部によって受診された受信信号を用いて生体識別を行う。このため、生体の向きに関わらず、少ない測定回数で生体識別を行うことができる。よって、生体識別の自由度を向上させることができ、生体識別を短時間で効果的に行うことができる。

また、前記回路は、さらに、前記複数の相関係数に対する累積分布関数を算出し、前記複数の相関係数のうち、前記累積分布関数において累積確率が第１値をとる相関係数が、第２値以上、または、第３値以下に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定してもよい。

このため、生体識別をより精度よく行うことができる。

また、前記回路は、スライディング相関演算により、前記教師信号と前記Ｎ個の受信信号のそれぞれとの間の複数の相関係数を、前記複数の相関係数として算出してもよい。

このため、生体識別を効果的に行うことができる。

また、前記回路は、さらに、前記Ｎ個の受信信号を用いて前記所定範囲における前記生体の位置を算出し、前記生体の位置を用いて前記複数の相関係数を算出してもよい。

このため、生体の位置に応じた生体識別を効果的に行うことができる。

また、前記送信アンテナ素子は、複数の送信アンテナ素子を含み、前記複数の送信アンテナ素子は、互いに異なる場所に配置されてもよい。

このため、複数の送信部の数を乗じた数の受信信号を得ることができる。よって、相関係数の数を増加させることができ、短時間に精度よく生体識別を行うことができる。

また、前記送信アンテナ素子は、Ｎ個の送信アンテナ素子を含み、前記Ｎ個の受信アンテナ素子は、それぞれ、前記Ｎ個の送信アンテナ素子であり、前記回路は、更に、前記Ｎ個の受信信号を用いて、前記所定範囲における前記生体の位置を推定し、前記生体の位置を用いて前記複数の相関係数を算出してもよい。

このため、Ｎ個の送信アンテナ素子とＮ個の受信アンテナ素子とを兼用でき、識別装置の構成を簡易にすることができる。

また、前記教師信号は、前記所定期間のＫ倍（Ｋは２以上）の期間、前記Ｎ個の受信部が予め前記受信信号を受信することにより得られた前記Ｎ個の受信信号であってもよい。

このため、生体識別をより精度よく行うことができる。

なお、これらの全般的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。

以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１における識別装置の構成の一例を示す構成図である。

図１に示すように、識別装置１０は、送信部２０、Ｎ個の受信部（本実施の形態では受信部３０Ａ〜３０Ｈ）、回路４０およびメモリ４１を備える。識別装置１０は、ヒト等の生体５０を含む所定範囲Ａ１に対して送信部２０より送信信号を送信し、受信部３０Ａ〜３０Ｈにて生体５０で反射された反射信号を含む受信信号を受信する。識別装置１０は、受信部３０Ａ〜３０Ｈにより受信された受信信号を、回路４０により処理することで、生体５０を識別する。

送信部２０は、少なくとも１個の送信アンテナ素子２１を有する。送信アンテナ素子２１は、所定範囲Ａ１に送信信号を送信する。送信部２０は、所定範囲Ａ１の周囲の位置、つまり、所定範囲Ａ１の外側の位置に配置されていてもよい。送信アンテナ素子２１は、具体的には、ヒトなどの生体５０に対して、マイクロ波を送信信号として発射する。送信アンテナ素子２１は、無変調の送信信号を送信してもよいし、変調処理が行われた送信信号を送信してもよい。変調処理が行われる場合、送信部２０は、変調処理を行うための回路を含んでいてもよい。送信アンテナ素子２１は、所定範囲Ａ１の周囲の位置に配置される。なお、所定範囲Ａ１とは、識別装置１０が生体５０を識別するための予め定められた範囲の空間である。

受信部３０Ａ〜３０Ｈのそれぞれは、１個の受信アンテナ素子３１Ａ〜３１Ｈを有する。受信アンテナ素子３１Ａ〜３１Ｈは、生体５０によって送信部２０からの送信信号が反射された信号である反射信号を含む受信信号を所定期間受信する。受信部３０Ａ〜３０Ｈは、所定範囲Ａ１の周囲を囲んだ状態で、例えば、それぞれが等間隔に円形に配置されている。受信部３０Ａ〜３０Ｈは、Ｎ個（本実施の形態では８個）により構成される。

受信部３０Ａ〜３０Ｈのそれぞれは、受信信号を周波数変換し、低周波信号に変換してもよい。また、受信部３０Ａ〜３０Ｈのそれぞれは、受信信号に復調処理を行ってもよい。受信部３０Ａ〜３０Ｈのそれぞれは、周波数変換および／または復調処理することにより得られた信号を回路４０に出力する。受信部３０Ａ〜３０Ｈのそれぞれは、受信信号を処理するための回路を含んでいてもよい。

回路４０は、識別装置１０を動作させる各種処理を実行する。回路４０は、例えば、制御プログラムを実行するプロセッサと、当該制御プログラムを実行するときに使用するワークエリアとして用いられる揮発性の記憶領域（主記憶装置）とにより構成される。揮発性の記憶領域は、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。

回路４０は、受信部３０Ａ〜３０Ｈのそれぞれから取得した信号を揮発性の記憶領域に所定期間、一時的に記憶する。回路４０は、当該信号の位相および振幅を揮発性の記憶領域所定期間、に一時的に記憶してもよい。なお、回路４０は、不揮発性の記憶領域を有していてもよく、当該信号を不揮発性の記憶領域に所定期間、一時的に記憶してもよい。

なお、回路４０は、識別装置１０を動作させる各種処理を行うための専用回路により構成されていてもよい。つまり、回路４０は、ソフトウェア処理を行う回路であってもよいし、ハードウェア処理を行う回路であってもよい。

メモリ４１は、不揮発性の記憶領域（補助記憶装置）であり、例えば、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などである。メモリ４１は、例えば、識別装置１０を動作させる各種処理に利用される情報を記憶している。

次に、回路４０の機能的な構成について図２を用いて説明する。

図２は実施の形態１における回路およびメモリの機能的な構成を示すブロック図である。

回路４０は、相関係数算出部４１０と、判定部４２０とを有する。

相関係数算出部４１０は、メモリ４１に記憶されている教師信号４２と、受信部３０Ａ〜３０Ｈが受信することより得られたＮ個の受信信号とを比較することで、複数の相関係数を算出する。なお、ここで、比較する対象となるＮ個の受信信号は、所定期間、回路４０の記憶領域に記憶されている信号である。

ここで、メモリ４１に記憶されている教師信号４２について説明する。

図３は、教師信号の一例を示す図である。

教師信号４２は、所定範囲Ａ１にいる既知のヒトなどの対象生体に対して、送信アンテナ素子２１から送信された送信信号が当該対象生体の表面によって反射された反射信号を含む受信信号を受信部３０Ａ〜３０Ｈが予め受信することにより得られたＮ個の受信信号の時間応答波形である。つまり、図３に示すように、教師信号４２は、生体５０を識別するための所定期間のＫ倍（Ｋは２以上）の期間（図３の測定期間）、受信部３０Ａ〜３０Ｈが予め反射信号を含む受信信号を受信することにより得られたＮ個の受信信号である。測定期間は、例えば、１２０〔ｓ〕である。なお、図３で示す教師信号は、１個の受信部が受信した受信信号の一例である。

なお、教師信号４２は、複数の既知の対象生体のそれぞれについて予め取得されていてもよい。この場合、複数の既知の対象生体にそれぞれ対応する複数の教師信号４２のそれぞれは、対応する対象生体を識別する識別情報と対応付けられた状態でメモリ４１に記憶されている。

相関係数算出部４１０は、具体的には、スライディング相関演算により、教師信号４２とＮ個の受信信号のそれぞれとの間の複数の相関係数を算出する。ここで取り扱うスライディング相関演算とは、

で表される相関係数を求める演算である。

ここで、Ｓ_ｌ（ｔ）はｌ番目の教師複素信号ベクトル、Ｓ（ｔ）は観測した複素信号ベクトル、Ｃは巡回置換行列である。ｋ（０≦ｋ≦Ｍ−１）は、巡回置換行列の指数であり、生体の向きに対応する。すなわち、Ｃが１回乗算されると、観測信号ベクトルＳの要素は１列分巡回シフトされるため受信アンテナ全体が円の中心を基準として３６０／Ｍ度回転したことと等価になる。Ｃ^ｋは受信アンテナを３６０ｋ／Ｍ度回転させることとなるが、これは生体が任意の方向を向いたときでも認識可能とするためである。また、τは観測した受信信号と教師信号との時間差を考慮するためのものである。これは生体に起因する波形応答が周期的であることを利用するためのものであり、τを変化させることで任意のタイミングに観測した受信信号をスライドさせながら観測した教師信号と比較することができる。相関係数算出部４１０は、以上に述べたτおよびｋを変化させて相関係数の最大値、

を算出する。ここで、τ_ｍａｘはスライディング相関演算を行う最大の時間差であり、生体活動の周期またはその数倍程度以上に設定すればよい。例えば呼吸の周期を３秒とすると、τ_ｍａｘは当該周期の３倍以上の１０秒程度に設定すればよい。既知の生体について事前に何度も教師信号を測定しており、メモリ４１が当該既知の生体についての複数の教師信号を記憶している場合、（式５）の演算を複数の教師信号に対して実施することによって、一度の観測で多数の相関係数ρを得てもよい。なお、ここで教師複素信号ベクトルＳ_ｌ（ｔ）と複素信号ベクトルＳ（ｔ）とは送信アンテナ素子２１と各受信アンテナ素子３１Ａ〜３１Ｈとの間の伝搬チャネル（伝達関数）であってもよい。

判定部４２０は、相関係数算出部４１０により算出された複数の相関係数が所定の数値範囲に含まれるか否かを判定する。判定部４２０は、複数の相関係数のうちの所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、生体５０と対象生体とが同一であると判定する。

具体的には、判定部４２０は、複数の相関係数に対する累積分布関数を算出する。判定部４２０は、複数の相関係数のうち、算出した累積分布関数において累積確率が第１値を取る相関係数が、第２値以上の数値範囲に含まれるか否かを判定する。そして、判定部４２０は、判定した結果、算出した累積分布関数において累積確率が第１値を取る相関係数が、第２値以上の数値範囲に含まれると判定した場合、生体５０と対象生体とが同一であると判定する。

なお、判定部４２０は、算出した累積分布関数において累積確率が第１値を取る相関係数が、第２値以上の数値範囲に含まれる場合、生体５０と対象生体とが同一であると判定したが、判定の基準は第２値以上の数値範囲に限定されない。判定部４２０は、当該相関係数が第２値以上第３値以下の数値範囲に含まれる場合に、生体５０と対象生体とが同一であると判定してもよい。また、判定部４２０は、当該相関係数が第３値以下の数値範囲に含まれる場合に、生体５０と対象生体とが同一であると判定してもよい。

なお、複数の既知の対象生体のそれぞれについて予め取得された複数の教師信号４２がメモリ４１に記憶されている場合には、回路４０では、複数の対象生体のそれぞれに対応する教師信号４２のそれぞれについて、処理を行う。これにより、回路４０は、生体５０を、当該生体５０と同一であると判定された教師信号４２に対応する対象生体であると識別する。

図４は、実施の形態１における識別装置の動作の一例を示すフローチャートである。

識別装置１０では、生体５０を所定範囲Ａ１内に配置した状態で、送信アンテナ素子２１が所定範囲Ａ１に送信信号を送信する（Ｓ１１）。

受信部３０Ａ〜３０Ｈは、それぞれが有する受信アンテナ素子３１Ａ〜３１Ｈを用いて、生体５０によって送信信号が反射された反射信号を含む受信信号を所定期間受信する（Ｓ１２）。

回路４０は、教師信号４２をメモリ４１から読み出し、読み出した教師信号とＮ個の受信信号とから複数の相関係数を算出する（Ｓ１３）。具体的には、回路４０は、得られた受信信号を処理することで得られた複素信号ベクトルＳ（ｔ）について、（式１）〜（式５）の手順によって、相関係数を求める。ここで、教師複素信号ベクトルＳ_ｌ（ｔ）を一定時間Ｔの間観測する作業を事前にＬ回行うことで得られたＬ個の教師信号群［Ｓ_１（ｔ），．．．，Ｓ_Ｌ（ｔ）］がメモリ４１に記憶されているものとする。この場合、Ｌ個の教師信号群と、Ｎ個の受信信号とを比較して相関係数を求めるため、得られる相関係数の数はＬ×Ｎ個である。

次に、回路４０は、算出した複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、生体５０と対象生体とが同一であると判定する（Ｓ１４）。

次に、ステップＳ１４の判定処理を具体的に説明する。

図５は、実施の形態１における判定処理の一例を示すフローチャートである。

判定処理において、判定部４２０は、得られた複数の相関係数の累積確率分布を算出する（Ｓ２１）。

判定部４２０は、複数の相関係数のうち、算出した累積確率分布において累積確率が第１値としてのＸ％値である相関係数ρ（Ｘ）を算出する（Ｓ２２）。ここで、判定部４２０は、判定基準となるＸ％値を、教師信号の対象生体と同一の生体で得られる累積確率分布と、教師信号の対象生体とは異なる生体で得られる累積確率分布との差異が十分に大きくなる値に設定することで後述の識別率を向上することが可能になる。上記の差異が十分に大きくなる値が不明な場合は、判定部４２０は、Ｘ％値を、例えば中央値（Ｘ＝５０％）に設定してもよい。

次に、判定部４２０は、識別を行うために、事前に第２値としてのしきい値ρ_ｍｉｎを設定しておき、ρ_ｍｉｎ≦ρ（Ｘ）を満たすか否かを判定する（Ｓ２３）。判定部４２０は、ρ_ｍｉｎ≦ρ（Ｘ）を満たす場合（Ｓ２３でＹｅｓ）、生体５０が対象生体と同一であると判定する（Ｓ２４）。一方で、判定部４２０は、ρ_ｍｉｎ≦ρ（Ｘ）を満たさない、つまり、ρ_ｍｉｎ＞ρ（Ｘ）である場合（Ｓ２３でＮｏ）、生体５０が対象生体とは異なると判定する（Ｓ２５）。なお、しきい値ρ_ｍｉｎは、教師信号が対象生体と同一である場合にρ_ｍｉｎ≦ρ（Ｘ）を満たすように設定する必要があるが、低すぎる値に設定されると対象生体とは異なる生体を同一の生体であると識別する誤検出率が上昇するため、適切な値に設定する必要がある。

図６は、相関係数ρの累積確率分布の概念図を示すグラフである。具体的には、図６では、教師信号の対象生体と同一の生体である場合の累積確率分布が実線のグラフで示され、教師信号の対象生体とは異なる生体である場合の累積確率分布が破線のグラフで示されている。同一の生体間の相関係数は、高く出る傾向があるため、実線および破線で示す両分布のρ（Ｘ）には差が生じる。このような分布の差を事前の実験などにより知っておけば、判定部４２０は、誤認識が少なく高い認識率が得られるしきい値ρ_ｍｉｎを用いて判定処理を行うことができる。判定部４２０は、このように適切に設定したしきい値ρ_ｍｉｎを用いることでより識別が可能になる。

次に、実施の形態１における識別装置１０による生体識別の有効性を明らかにするために行った識別試験について説明する。

図７は、実施の形態１における識別装置による識別試験に用いた環境を示す図である。

図７に示すように、識別試験では、送信部２０に相当する送信機を１台、受信部３０Ａ〜３０Ｈに相当する受信機（受信アンテナ）を８台用いた。８台の受信機は、生体を中心として０．５ｍの半径、かつ、４５度間隔で円形に並べて配置されている。ここで、送信アンテナ素子は１素子の方形パッチアンテナであり、８台の受信機が有する８個の受信アンテナ素子はそれぞれ方形パッチアンテナである。また、床面から受信アンテナ素子が設置される位置までの高さは０．９ｍである。送信アンテナ素子は、１番目の受信アンテナ素子のマイクロ波の１波長真上に配置されている。

図８は、識別試験により得られた相関係数ρの累積確率分布を示す図である。

ここで教師信号は、事前に５回の測定を行った結果である。また、識別のための観測回数は１回である。識別を行う所定期間はＴ＝１０秒である。

対象生体と同一の生体である場合、比較的高い相関係数が観測されたが、対象生体とは異なる生体である場合では、対象生体と同一の生体である場合と比較して相関係数が低いことが分かる。この実験結果により、相関係数の比較の基準となる第１値は、分布の差が比較的大きいＸ＝７０〔％〕に設定した。

図９は、図８で決定した条件（Ｘ＝７０〔％〕）を元に行った識別試験の結果を示す図である。図９では、しきい値ρ_ｍｉｎを変化させた場合に、対象生体と同一の生体であると正しく識別できた確率（以下、「認識率」ともいう。）を実線のグラフで示し、対象生体とは異なる生体を過って識別した確率（以下、「誤認識率」ともいう。）を破線のグラフで示している。誤認識率は、対象生体とは異なる生体についての判定処理において、対象生体と同一であると判定された場合の確率である。

図９に示す破線のグラフより、しきい値ρ_ｍｉｎを上げるに従い誤認識率が低下することが分かる。また、しきい値ρ_ｍｉｎをρ_ｍｉｎ≧０．８６とすることで、誤認識率を０％に、かつ、認識率を９０％にできることが明らかになった。

本実施の形態に係る識別装置１０によれば、所定範囲Ａ１の周囲を囲んで配置されるＮ個の受信部３０Ａ〜３０Ｈによって受信された受信信号を用いて生体識別を行う。このため、異なる複数の角度から受信信号を取得でき、少ない測定回数で生体識別を行うことができる。よって、生体識別の自由度を向上させることができ、生体識別を短時間で効果的に行うことができる。

また、本実施の形態に係る識別装置１０は、マイクロ波などの無線信号を用いて、ヒト等の生体を識別する。このように、カメラで撮像した画像に対して画像解析することなくヒト等の生体を識別できるため、ヒトのプライバシーを保護した状態で、ヒトの識別を行うことができる。

（実施の形態１の変形例１）
上記実施の形態１に係る識別装置１０は、１個の送信部２０と、Ｎ個の受信部３０Ａ〜３０Ｈとを備える構成としたが、これに限らない。例えば、図１０に示すように、Ｎ個（本変形例では８個）の送受信部６０Ａ〜６０Ｈを備える識別装置１０Ａを採用してもよい。

図１０は、変形例１における識別装置の一例を示す構成図である。

送受信部６０Ａ〜６０Ｈは、Ｎ個の受信アンテナ素子３１Ａ〜３１Ｈを有する。Ｎ個の受信アンテナ素子３１Ａ〜３１Ｈは、それぞれ、Ｎ個の送信アンテナ素子としても機能する。なお、回路４０およびメモリ４１の構成は、実施の形態１の識別装置１０の構成と同様であるため説明を省略する。

この場合、送受信部６０Ａ〜６０Ｈのそれぞれは、送信部と受信部とのいずれかを選択的に機能させる。つまり、例えば、送受信部６０Ａ〜６０Ｈのうちの１つを送信部として機能させ、他の複数の送受信部を受信部として機能させることで、複数の受信信号を取得する。また、送信部として機能させる送受信部を順次切り替えることで、複数の送受信部６０Ａ〜６０Ｈから送信された送信信号による複数の受信信号を取得できる。

この構成により短時間に効率よく、前記教師信号、前記受信信号を取得できることは言うまでもない。

（実施の形態１の変形例２）
変形例１の識別装置１０Ａでは、送信部と受信部とを兼用した送受信部を備える構成としたが、兼用していなくてもよい。つまり、識別装置は、複数の送信部と、当該複数の送信部とは異なる別体のＮ個の受信部とを備える構成としてもよい。複数の送信部は、所定範囲Ａ１の周囲、つまり、所定範囲Ａ１の外側の互いに異なる位置に配置される。

（実施の形態２）
上記実施の形態１およびその変形例１、２に係る識別装置１０、１０Ａでは、生体５０が所定範囲Ａ１のどの位置に位置するのかが考慮されていないが、実施の形態２に係る識別装置１０Ｂでは、生体５０の所定範囲Ａ１における位置を検出し、当該位置を用いて識別を行ってもよい。

図１１は、実施の形態２における識別装置の一例を示す構成図である。

図１１に示すように、識別装置１０Ｂは、送信部２０Ｂ、受信部７０Ａ、７０Ｂ、回路４０Ｂおよびメモリ４１を備える。メモリ４１の構成は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

送信部２０Ｂは、ｎ個（ｎは２以上の自然数）の送信アンテナ素子２１Ｂを有する。送信部２０Ｂは、ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂが水平面上の第１所定方向に並んで配置されることで構成されるアレーアンテナを有する。ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂのそれぞれは、所定範囲Ａ１に対して送信信号を送信する。つまり、送信部２０Ｂは、異なるｎ箇所の位置からｎ個の送信信号を所定範囲Ａ１に対して送信する。

ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂのそれぞれは、変調信号または無変調の信号を逐次的に切り替えて送信してもよい。このように、ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂ毎に、ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂから送信される送信信号をそれぞれ異なる送信信号とすることで、受信部７０Ａにより受信された送信信号を送信した送信アンテナ素子２１Ｂを特定できる。このように、送信部２０Ｂは、変調処理を行うための回路を含んでいてもよい。

受信部７０Ａは、ｍ個（ｍは２以上の自然数）の受信アンテナ素子７１Ａを有する。受信部７０Ａは、ｍ個の受信アンテナ素子７１Ａが水平面上の第２所定方向に並んで配置されることで構成されるアレーアンテナを有する。ｍ個の受信アンテナ素子７１Ａのそれぞれは、ｎ個の送信信号のうち生体５０により反射された信号である反射信号を含むｎ個の受信信号を受信する。受信部７０Ａは、マイクロ波からなる受信信号を周波数変換し、低周波数信号に変換する。受信部７０Ａは、低周波数信号に変換することにより得られた信号を回路４０Ｂに出力する。つまり、受信部７０Ａは、受信信号を処理するための回路を含んでいてもよい。

受信部７０Ｂは、１個の受信アンテナ素子７１Ｂを有する。受信部７０Ｂは、実施の形態１の受信部３０Ａ〜３０Ｈの１つと同じ構成であるため説明を省略する。受信部７０Ｂは、送信部２０Ｂおよび受信部７０Ａが配置される位置とは、所定範囲Ａ１を挟んで反対側の位置に配置される。つまり、受信部７０Ａおよび受信部７０Ｂは、所定範囲Ａ１の周囲を囲んで配置される。

回路４０Ｂのハードウェア構成は、実施の形態１の回路４０と同じ構成であるため説明を省略する。

次に、回路４０Ｂの機能的な構成について図１２を用いて説明する。

図１２は、実施の形態２における回路およびメモリの機能的な構成を示すブロック図である。

回路４０Ｂは、相関係数算出部４１０と、判定部４２０と、複素伝達関数算出部４３０と、生体成分算出部４４０と、位置推定処理部４５０と、信号補正部４６０とを有する。回路４０Ｂは、実施の形態１の回路４０と比較して、さらに、複素伝達関数算出部４３０と、生体成分算出部４４０と、位置推定処理部４５０と、信号補正部４６０とを有する点が異なるため、これらの構成について説明する。

複素伝達関数算出部４３０は、低周波信号に変換された受信信号から複素伝達関数を算出する。複素伝達関数とは、各送信アンテナ素子２１Ｂと各受信アンテナ素子７１Ａとの間の伝搬損失および位相回転を表すものである。複素伝達関数は、送信アンテナ素子数がｎ個であり、受信アンテナ素子数がｍ個の場合、ｍ×ｎの成分を持つ複素行列となる。以降、この複素行列を複素伝達関数行列と呼ぶ。推定した複素伝達関数行列は、生体成分算出部４４０に出力される。つまり、複素伝達関数算出部４３０は、ｍ個の受信アンテナ素子７１Ａのそれぞれにおいて所定期間で受信された複数の受信信号のそれぞれから、ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂそれぞれと、ｍ個の受信アンテナ素子７１Ａそれぞれとの間の伝播特性を示す各複素伝達関数を成分とする、ｎ×ｍの第１行列を算出する。

生体成分算出部４４０は、生体５０を経由した受信信号から得られた複素伝達関数行列成分と、生体５０を経由していない受信信号から得られた複素伝達関数行列成分とに分離する。生体５０を経由した成分とは、生体活動により時変動する成分である。よって、生体５０を経由した成分は、例えば、生体５０以外は静止しているものとした場合、複素伝達関数行列の成分を時間方向にフーリエ変換することで得られた成分から、直流以外の成分を取り出すことによって抽出することが可能である。また、生体５０を経由した成分は、例えば、生体５０が所定範囲Ａ１に存在しないときに観測された結果との差分が所定の閾値を超えている成分を取り出すことによって抽出することも可能である。このように、生体成分算出部４４０は、生体５０を経由した反射信号を含む受信信号から得られた複素伝達関数行列成分を抽出することで、抽出した複素伝達関数行列成分を生体成分として算出する。つまり、生体成分算出部４４０は、第１行列における所定周波数範囲に対応する第２行列を抽出することで、生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する第２行列を抽出する。所定周波数範囲は、例えば、上述した生体の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動に由来する周波数である。所定周波数範囲は、例えば、０．１Ｈｚ以上３Ｈｚ以下の範囲の周波数である。これにより、心臓、肺、横隔膜、内蔵の動きによる生体５０の部位のバイタル活動、または、手、足などによるバイタル活動の影響を受けた生体成分を抽出できる。なお、心臓、肺、横隔膜、内蔵の動きによる生体５０の部位とは、例えば、人のみぞおちである。

ここで生体成分は、ｍ×ｎの成分を持つ行列であり、所定期間に受信部７０Ａにおいて観測された受信信号から得られる複素伝達関数から抽出される。このため、生体成分は、周波数応答あるいは時間応答情報を持っているものとする。なお、所定期間は、生体の呼吸、心拍、および、体動の少なくとも１つの周期の略半分の期間である。

生体成分算出部４４０で算出された生体成分は、位置推定処理部４５０に出力される。位置推定処理部４５０は、算出された生体成分を用いて生体５０の位置推定を行う。つまり、位置推定処理部４５０は、第２行列を用いて、識別装置１０Ｂに対する生体５０の位置を推定することで、所定範囲Ａ１において生体５０が存在する位置を推定する。位置推定には、送信部２０Ｂからの出発角θ_Ｔと受信部７０Ａへの到来角θ_Ｒとの両方の角度を推定し、推定した出発角θ_Ｔおよび到来角θ_Ｒと、メモリ４１に予め記憶されている送信部２０Ｂおよび受信部７０Ａの位置とから三角法によって生体５０の位置を推定する。

なお、送信部２０Ｂに対して任意に設定された第１基準方向と、送信部２０Ｂから生体５０への方向である第１生体方向とのなす角を出発角θ_Ｔとする。同様に、受信部７０Ａに対して任意に設定された第２基準方向と、受信部７０Ａから生体５０への方向である第２生体方向とのなす角を到来角θ_Ｒとする。なお、第１基準方向、第１生体方向、第２基準方向、および、第２生体方向は、水平面上の方向である。

信号補正部４６０は、位置推定処理部４５０により推定された生体５０の位置に応じて、受信部７０Ａ、７０Ｂにより受信された複数の受信信号のそれぞれについて、送信アンテナ素子２１Ｂ、受信アンテナ素子７１Ａ、７１Ｂと生体５０の距離を考慮し補正を行う。

相関係数算出部４１０は、メモリ４１に記憶されている教師信号４２と、信号補正部４６０により補正されることにより得られた複数の補正信号とを比較することで、複数の相関係数を算出する。相関係数算出部４１０は、実施の形態１と比較して、複数の受信信号の代わりに複数の補正信号を用いている点のみが異なっており、実行する処理は、実施の形態１と同様である。

図１３は、実施の形態２における識別装置の動作の一例を示すフローチャートである。

識別装置１０では、生体５０を所定範囲Ａ１内に配置した状態で、送信アンテナ素子２１Ｂが所定範囲Ａ１にｎ個の送信信号を送信する（Ｓ１１ａ）。

受信部７０Ａ、７０Ｂは、それぞれが有する受信アンテナ素子７１Ａ、７１Ｂを用いて、送信部２０Ｂにより送信されたｎ個の送信信号が生体５０により反射された複数の反射信号を含むｎ個の受信信号を受信する（Ｓ１２ａ）。

回路４０Ｂは、ｍ個の受信アンテナ素子７１Ａのそれぞれにおいて所定期間で受信されたｎ個の受信信号のそれぞれから、ｎ個の送信アンテナ素子２１Ｂそれぞれと、ｍ個の受信アンテナ素子７１Ａそれぞれとの間の伝播特性を示す各複素伝達関数を成分とする、ｎ×ｍの第１行列を算出する（Ｓ３１）。

回路４０Ｂは、第１行列における所定周波数範囲に対応する第２行列を抽出することで、生体５０の呼吸、心拍および体動の少なくともいずれかを含むバイタル活動の影響を受けた成分に対応する第２行列を抽出する（Ｓ３２）。

回路４０Ｂは、第２行列を用いて、識別装置１０Ｂに対する生体５０の存在する位置を推定する（Ｓ３３）。

回路４０Ｂは、推定された生体５０の位置に応じて、受信部７０Ａ、７０Ｂにより受信された複数の受信信号のそれぞれについて補正を行う（Ｓ３４）。

回路４０Ｂは、実施の形態１で説明したステップＳ１３およびステップＳ１４を行い、処理を終了する。

本実施の形態に係る識別装置１０Ｂによれば、生体５０が所定範囲Ａ１内を移動している場合であっても、移動する生体５０の位置の測位を行い、測位された座標を元に受信部と生体の距離、方向を算出し、受信信号の補正を行うため、移動中の生体５０についても生体識別が可能となる。

（実施の形態２の変形例）
上記実施の形態２では、送信部２０Ｂが送信する送信信号が生体５０により反射された複数の反射信号を含むｎ個の受信信号を用いて、所定範囲Ａ１内における生体５０の位置を推定するとしたが、これに限らない。例えば、既存の生体レーダ、カメラなど、生体の測位ができる装置を用いることで、所定範囲Ａ１内における生体５０の位置を検出してもよい。

なお、上記各実施の形態において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、ＣＰＵまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態の識別装置などを実現するソフトウェアは、次のようなプログラムである。

すなわち、このプログラムは、コンピュータに、少なくとも１個の送信アンテナ素子と、受信アンテナ素子をそれぞれが有するＮ個の受信部と、メモリと、回路とを備える識別装置による生体を識別する識別方法であって、前記送信アンテナ素子を用いて、前記生体を含む所定範囲に送信信号を送信し、前記Ｎ個の受信部のそれぞれが有する前記受信アンテナ素子を用いて、前記生体によって前記送信信号が反射された反射信号を含む受信信号をそれぞれが所定期間受信し、対象生体に対して前記送信アンテナ素子から送信された送信信号が前記対象生体によって反射された反射信号を前記Ｎ個の受信部が予め受信することにより得られたＮ個の受信信号である教師信号を前記メモリから読み出し、読み出した前記教師信号と前記Ｎ個の受信部において受信されたＮ個の前記受信信号とから複数の相関係数を算出し、算出した前記複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定する識別方法を実行させる。

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る識別装置１０、１０Ａ、１０Ｂについて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、無線信号を利用した生体を識別する識別装置に利用でき、特に、生体に応じた制御を行う家電機器、生体の侵入を検知する監視装置などに搭載される生体識別装置などに利用できる。

１０、１０Ａ、１０Ｂ 識別装置
２０、２０Ｂ 送信部
２１、２１Ｂ 送信アンテナ素子
３０Ａ〜３０Ｈ、７０Ａ、７０Ｂ 受信部
３１Ａ〜３１Ｈ、７１Ａ、７１Ｂ 受信アンテナ素子
４０、４０Ｂ 回路
４１ メモリ
４２ 教師信号
５０ 生体
６０Ａ〜６０Ｈ 送受信部
４１０ 相関係数算出部
４２０ 判定部
４３０ 複素伝達関数算出部
４４０ 生体成分算出部
４５０ 位置推定処理部
４６０ 信号補正部

Claims (8)

1. 生体を識別する識別装置であって、
   前記生体を含む所定範囲に送信信号を送信する少なくとも１個の送信アンテナ素子と、
   前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個の受信部であって、前記生体によって前記送信信号が反射された反射信号を含む受信信号を、当該受信部が有する受信アンテナ素子を用いて、それぞれが所定期間受信するＮ個の受信部と、
   対象生体に対して前記送信アンテナ素子から送信された送信信号が前記対象生体によって反射された反射信号を含む受信信号を前記Ｎ個の受信部が予め受信することにより得られたＮ個の受信信号である教師信号を記憶しているメモリと、
   前記教師信号と前記Ｎ個の受信部が受信することにより得られたＮ個の前記受信信号とから複数の相関係数を算出し、前記複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定する、回路と、を備える、
   識別装置。
2. 前記回路は、
   さらに、前記複数の相関係数に対する累積分布関数を算出し、
   前記複数の相関係数のうち、前記累積分布関数において累積確率が第１値をとる相関係数が、第２値以上、または、第３値以下に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定する、
   請求項１に記載の識別装置。
3. 前記回路は、スライディング相関演算により、前記教師信号と前記Ｎ個の受信信号のそれぞれとの間の複数の相関係数を、前記複数の相関係数として算出する、
   請求項１または２に記載の識別装置。
4. 前記回路は、
   さらに、前記Ｎ個の受信信号を用いて前記所定範囲における前記生体の位置を算出し、
   前記生体の位置を用いて前記複数の相関係数を算出する、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の識別装置。
5. 前記送信アンテナ素子は、複数の送信アンテナ素子を含み、
   前記複数の送信アンテナ素子は、互いに異なる場所に配置される、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の識別装置。
6. 前記送信アンテナ素子は、Ｎ個の送信アンテナ素子を含み、
   前記Ｎ個の受信アンテナ素子は、それぞれ、前記Ｎ個の送信アンテナ素子であり、
   前記回路は、更に、
   前記Ｎ個の受信信号を用いて、前記所定範囲における前記生体の位置を推定し、
   前記生体の位置を用いて前記複数の相関係数を算出する、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の識別装置。
7. 前記教師信号は、前記所定期間のＫ倍（Ｋは２以上）の期間、前記Ｎ個の受信部が予め前記受信信号を受信することにより得られた前記Ｎ個の受信信号である、
   請求項１から６のいずれか１項に記載の識別装置。
8. 少なくとも１個の送信アンテナ素子と、受信アンテナ素子をそれぞれが有するＮ個の受信部と、メモリと、回路とを備える識別装置による生体を識別する識別方法であって、
   前記送信アンテナ素子を用いて、前記生体を含む所定範囲に送信信号を送信し、
   前記Ｎ個の受信部のそれぞれが有する前記受信アンテナ素子を用いて、前記生体によって前記送信信号が反射された反射信号を含む受信信号をそれぞれが所定期間受信し、
   対象生体に対して前記送信アンテナ素子から送信された送信信号が前記対象生体によって反射された反射信号を前記Ｎ個の受信部が予め受信することにより得られたＮ個の受信信号である教師信号を前記メモリから読み出し、
   読み出した前記教師信号と前記Ｎ個の受信部において受信されたＮ個の前記受信信号とから複数の相関係数を算出し、
   算出した前記複数の相関係数のうち所定の相関係数が所定の数値範囲に含まれる場合に、前記生体と前記対象生体とが同一であると判定する、
   識別方法。

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