JP3721165B2

JP3721165B2 - 生体判別器及び指紋認証装置

Info

Publication number: JP3721165B2
Application number: JP2003005337A
Authority: JP
Inventors: 英樹佐藤
Original assignee: NEC Platforms Ltd
Current assignee: NEC Platforms Ltd
Priority date: 2003-01-14
Filing date: 2003-01-14
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2023-01-14
Also published as: JP2004215807A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、生体判別器に関し、特に、指紋認証装置に用いられる生体判別器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
指紋は、万人不同かつ終生不変という特徴を有するうえ、ＩＤカードのように盗難や紛失のおそれがなく、また、暗証番号のように忘却や盗用のおそれもない。それゆえ、指紋は、簡便でありながら、比較的信頼性の高い個人認証手段として利用されている。
【０００３】
しかしながら、指紋認証は、入力された指紋画像と予め登録された指紋画像とを比較するものであって、入力された指紋画像が登録者本人の指から直接入力されたものであるのか否かの判定を行っていない。このため、偽装あるいは模造された指等を用いて入力された指紋画像に対しても、正規の登録者であるとの認証を与えるおそれがある。
【０００４】
ここで、指紋認証と、それとは異なる他の個人認証手段とを組み合わせれば、上述のような不正を防止できるかもしれない。しかし、それでは指紋認証の簡便性が失われてしまう。
【０００５】
そこで、従来の指紋認証装置には、指紋認証の簡便性を損なうことなく、不正を防止する手段として、入力された指紋画像が生体から直接入力されたものであるのか否かを判定する生体判別手段が設けられている。
【０００６】
例えば、従来の指紋認証装置に用いられる生体判別手段としては、指紋入力部に置かれた指に熱を加え、その反応（押圧力の変化、音声入力、あるいはキーボード入力）を検出するものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、指紋入力部に置かれた指に熱を加え、抹消血流量の変化を検出するものがある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
また、指紋入力部に置かれた指の筋電を測定するものがある（例えば、特許文献３参照。）。
【０００９】
さらに、指紋入力部に置かれた指の温度や導電率を測定するものがある（例えば、特許文献４参照。）。
【００１０】
さらにまた、指紋入力部に置かれた指の心拍を測定するものがある（例えば、特許文献５参照）。
【００１１】
【特許文献１】
特開平４−２４１６８０号公報（特に、図２，４及び５）
【００１２】
【特許文献２】
特開平１０−２９０７９６号公報（特に、段落００１６、図１）
【００１３】
【特許文献３】
特開平１１−４５３３８号公報（特に、要約）
【００１４】
【特許文献４】
特開２００２−２３６６６６号公報（特に、段落００２８，段落００３２、図２、図３）
【００１５】
【特許文献５】
特開２００２−５６３８３号公報（特に、要約）
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、指紋認証装置に設けられる生体判別手段として、既に種々のものが知られている。しかしながら、指の温度や導電率、あるいは筋電又は心拍等を単純に測定する生体判別手段（上記特許文献１，３，４及び５参照。）には、模造指に生体指と略同じ温度や導電率を持たせ、あるいは筋電や心拍を発生する機構を組み込むことにより、不正が比較的容易に行えるとういう問題点がある。
【００１７】
また、指紋入力部に置かれた指に熱を加え、抹消血流量の変化を検出する生体判別手段（上記特許文献２参照。）の場合には、刺激を与えてから指尖脈波に変化が表れるまでに２〜３秒を要し、その変化が刺激によるものであると判定できるようになるまでにさらに２〜３秒を要する。従って、この生体判別手段では、指紋入力部に置かれた指が生体か否かを判定するのに、５〜６秒を要する。指紋の照合に要する時間が１〜２秒程度であることを考慮すれば、この生体判別に要する時間は非常に長い時間である。即ち、この生体判別手段には、生体判別までに長時間を要するという問題点がある。
【００１８】
そこで、本発明は、指紋照合に要する時間と同程度以下の短い時間で、生体判別を行うことができる生体判別器を提供し、もって、偽装指又は模造指による不正が極めて困難な指紋認証装置を提供することを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、載置台に載置された指が生体であるのか否かを判別するための生体判別器において、前記載置台に、前記指に局所的に熱を加えるための少なくとも１個の熱源と、該熱源の各々に対応し、対応する熱源から互いに異なる距離だけ離れた複数の温度センサとを設けるとともに、前記熱源により前記指に熱を加えている間、前記複数の温度センサからの検出信号をそれぞれ前記指の対応個所の時系列温度変化として記録し、当該時系列温度変化に基づいて前記指が生体であるのか否かを判別する生体判別部を設けたことを特徴とする生体判別器が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、上記生体判別器を備えた指紋認証装置が得られる。
【００２１】
さらに、本発明によれば、載置台に置かれた指に対し、前記載置台に設けられた熱源から局所的に熱を加え、前記指の表面温度の時系列変化を、前記熱源から互いに異なる距離となるよう前記載置台に設けられた複数の温度センサで検出し、検出した前記指の表面温度の時系列変化に基づいて、前記指が生体か否かを判断するようにしたことを特徴とする生体判別方法が得られる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００２３】
図１（ａ）及び（ｂ）に、本発明の一実施の形態に係る指紋認証装置の概略構成を示す。図示の指紋認証装置は、指を載置するための載置板１１、指紋検出部１２、少なくとも１つの熱源１３、複数（ここでは２個）の温度センサ１４，１５、熱源１３と温度センサ１４，１５とに接続された生体判別部１６、及び指紋検出部１２と生体判別部１６とに接続された指紋認証部１７を有している。
【００２４】
載置板１１は、金属、樹脂あるいはガラス等からなる板であって、指紋認証装置のケース（の一部）を兼ねる。
【００２５】
指紋検出部１２は、その表面が、載置板１１の表面側に露出するように配置され、または載置板１１に取り付けられている。指紋検出部１２は、その表面に載置された指の紋様（指紋）を画像信号に変換する。
【００２６】
熱源１３は、指紋検出部１２から離れた位置で、載置板１１に指が正しく置かれたときその指に接触するように配置され、または載置板１１に取り付けられている。熱源１３は、人の体温（深部体温）よりも高く、また人体に悪影響を与えない程度以下の熱を発し、接触している指に局所的に熱を加える。
【００２７】
温度センサ１４と温度センサ１５とは、熱源からの距離が互いに異なるように、また、載置板１１に指が正しく置かれたときその指にそれぞれ接触するように配置され、または載置板１１に取り付けられている。温度センサ１４と１５の間の距離は大きいほど望ましいが、熱源１３から指に加えられた熱の影響が検出できる範囲でなければならない。具体的には、温度センサ１４は、皮膚を伝わる熱源１３からの熱を検出できるように、熱源１３の近くに配置される。また、温度センサ１５は、皮膚を伝わる熱源１３からの熱が検出できず、血流による温度変化を検出できる程度に、熱源１３から離れた位置に配置される。本実施の形態では、温度センサ１４，１５は、指紋検出部１２を挟むように、また、熱源１３から指の延在方向に沿って延びる直線上に位置するように配置されている。これらの温度センサ１４，１５は、熱源から指に熱が加えられたことにより生じる指の温度変化を直ちに検出（時間の関数として検出）できる感度を有し、検出した温度を電気的な温度検出信号に変換する。
【００２８】
生体判別部１６は、熱源１３に熱を発生させ、温度センサ１４，１５からの温度検出信号を受ける。また、生体判別部１６は、温度センサ１４及び温度センサ１５からの温度検出信号に基づいて、指の表面温度の変化を時間の関数として（時系列変化データとして）記録すると共に、後述する生体判別処理を行い、判断結果を指紋認証部１７へ出力する。
【００２９】
指紋認証部１７は、指紋検出部１２からの画像信号を受け、予め登録されている登録画像信号と比較して認証処理を行う。
【００３０】
次に、この指紋認証装置の動作について、図１に加え、図２及び図３を参照して説明する。
【００３１】
まず、指紋認証部１７は、温度センサ１４，１５からの温度検出信号により外気温度を測定する（ステップＳ２０１）。測定された外気温は、第１のパラメータとして、図示しない記憶部にて保持される（ステップＳ２０２）。載置板１１（指紋検出部１２）に指が載置されるまで、この外気温の測定は（所定の周期で）繰り返し行われる（ステップＳ２０３）。
【００３２】
指紋検出部１２に指が置かれると、指紋検出部１２はそれを検出して指紋認証部１７に通知する。通知を受けた指紋認証部１７は、指紋検出部１２に指が載置されたことを生体判別部１６に通知する。これにより、生体判別部１６は、指紋検出可能状態となったと判断して（ステップＳ２０３）、温度センサ１４，１５からの温度検出信号の連続的な記録を開始する（ステップＳ２０４）。つまり、生体判別部１６は、温度センサ１４，１５が検出した温度を時間の関数（時系列温度変化）として記録する。
【００３３】
続いて生体判別部１６は、熱源１３を駆動制御して指に対して局所的に熱を加える（ステップＳ２０５）。予め定められた時間（例えば、１秒間）だけ、指に熱を加えた後、温度センサ１４，１５からの検出信号の連続的記録を終了し、熱源１３から指への加熱も終了する（ステップＳ２０６）。温度センサ１４からの温度検出信号に基づく時系列温度変化記録を第２のパラメータ、温度センサ１５からの温度検出信号に基づく時系列温度変化記録を第３のパラメータとして、記憶する（ステップＳ２０７）。
【００３４】
次に、生体判別部１６は、上述の第１、第２及び第３のパラメータを用いて、生体判別処理を行う（ステップＳ２０８）。この生体判別処理は、図３に示すようにして行われる。
【００３５】
即ち、まず、第２のパラメータと第３のパラメータについて、それぞれ、記録開始からピークに達するまでの立ち上がり時間を求める（ステップＳ３０１）。そして、求めた立ち上がり時間が、それぞれ、予め多数のサンプルを集めて求めた指皮膚の熱伝導の許容範囲内にあるか否か、予め記憶させた判別用データと比較して判断する（ステップＳ３０２）。求めた立ち上がり時間が、許容範囲外のとき、生体判別部１６は、指紋検出部１２に置かれた指が非生体であると判断し、第４のパラメータを非生体とする（ステップＳ３０７）。
【００３６】
ステップＳ３０２において、指紋検出部１２に載置された指が、非生体であると判定されなかった場合、第２のパラメータと第３のパラメータとの立ち上がり開始時間の差を求める（ステップＳ３０３）。また、第２のパラメータと第３のパラメータとから、それぞれ、熱源１３からの加熱による影響を受ける前の指表面温度を求める（ステップＳ３０４）。
【００３７】
次に、生体判別部１６は、加熱の影響を受ける前の各々の指表面温度と、第１のパラメータが示す外気温とを考慮した上で、求めた立ち上がり開始時間の差が、予め多数のサンプルを集めて求めた血流による熱伝導の許容範囲内にあるか否か、予め記憶した判別用データと比較して判断する（ステップＳ３０５）。指表面温度と外気温を考慮するのは、血流の熱伝導は血流量に依存し、血流量は外気温及び測定開始時の指表面温度に依存するからである。
【００３８】
ステップＳ３０３で求めた立ち上がり開始時間の差が、許容範囲内のとき、生体判別部１６は、指紋検出部１２に置かれた指が生体であると判断し、第４のパラメータを生体とする（ステップＳ３０６）。一方、求めた立ち上がり開始時間の差が、許容範囲外のとき、生体判別部１６は、指紋検出部１２に置かれた指は非生体であると判断し、第４のパラメータを非生体とする（ステップＳ３０７）。そして、生体判別部１６は、第４のパラメータを指紋認証部１７へ出力する。
【００３９】
図２に戻ると、生体判別部１６から第４のパラメータを受けた指紋認証部１７は、第４のパラメータが生体を示している場合に、指紋検出部１２を制御して指紋の画像信号を得る（ステップＳ２０９）。指紋認証部１７は、第５のパラメータとして画像信号を記憶する（ステップＳ２１０）。そして、第５のパラメータを用いて、登録された指紋画像と比較して指紋認証処理を行う（ステップＳ２１１）。
【００４０】
第４のパラメータが非生体を示している場合、指紋認証部１７は、認証処理を終了する。
【００４１】
なお、ステップＳ２０９の指紋検出をステップＳ２１０の生体判別処理と並行して行うようにすると、全体の処理時間の短縮を図ることができる。
【００４２】
以上のように、本実施の形態に係る指紋認証装置では、載置板１１に置かれた指に対して、予め定められた時間だけ熱源から熱を加え、その期間における指表面の複数箇所の時系列温度変化を測定し、その測定結果に基づいて載置板１１上の指が生体のものか否かを判断する。ここで、偽装あるいは模造された指は、通常、単一物質あるいは複数の物質の混合物で構成されるため、指表面のある点の時系列温度変化は、熱源からの距離に関わらず、その物質又は混合物の熱伝導率（単一の熱伝導率）に依存する。これに対し、生体である指の各点における時系列温度変化は、熱源に近い場合は皮膚部の熱伝導率に依存し、熱源から遠い場合は血流による熱伝導率に依存する。したがって、複数の温度センサを適切に配置することにより、単一の熱伝導率に依存する時系列温度変化を示す非生体の指と、２種の熱伝導率に依存するの時系列温度変化を示す生体の指とを識別することができる。これにより、本実施の形態に係る指紋認証装置では、偽装又は模造された指、あるいは血流の停止した指（死指）による誤認証を防止するとともに、短い時間でかつ高い精度で指紋認証を行うことができる。
【００４３】
以上、本発明ついて一実施の形態に即して説明したが、本発明がこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、温度センサ及び熱源の数及び配置は、図４や、図５や図６のようにすることもできる。
【００４４】
詳述すると、図４に示す配置例では、熱源１３と温度センサ１４との間にさらに別の温度センサ４１が設けられている。なお、熱源１３は、図１の場合に比べて指紋検出部１２から離れた位置に設けられている。このように、熱源１３と、温度センサ１４，１５及び４１を配置することにより、本配置では、図１の場合に比べ、指の表面温度の時系列変化の検出精度を高めることができ、それによって、載置板１１上の指が生体であるか否かの判別精度を高めることができる。
【００４５】
また、図５に示す配置例では、一対の熱源１３ａ，１３ｂが互いに距離を置いて配置され、熱源１３ａ，１３ｂにそれぞれ対応するように温度センサ対１４ａ及び１５ａと、１４ｂ及び１５ｂとが設けられている。ここで、温度センサ１４ａ及び１５ａは、できるだけ熱源１３ｂからの影響を受けないように、また、温度センサ１４ｂ及び１５ｂは、できるだけ熱源１３ａからの影響受けないように配置される必要がある。図５においては、温度センサ１４a及び１５aが指紋検出部１２の一方の側部に、温度センサ１４b及び１５bが他方の側部に沿うよう、指の延在方向に沿って配置されている。対応する熱源は、それぞれこれら温度センサを結ぶ直線上に配置されている。図５の配置によれば、より広範囲の指表面温度の時系列変化を測定することができるので、より高い精度で載置板上の指が生体であるのか否かの判断をすることができる。
【００４６】
また、図６の配置例では、図５の配置例における温度センサ１４ａと１５ａとの間、及び温度センサ１４ｂと１５ｂとの間にそれぞれ、温度センサ６１ａ及び６１ｂが配置されている。この配置によれば、より一層高い精度で、載置板上の指が生体であるのか否かの判断をすることができる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、少なくとも１個の熱源と、各熱源に対応する複数の温度センサを用い、熱源により前記指に局所的に熱を加えている間の指の複数箇所の表面温度の変化を時系列で測定して、生体判別に利用するようにしたことで、短時間で精度良く生体判別を行うことができる。また、この生体判別器を用いることにより、偽装指又は模造指による不正が極めて困難な指紋認証装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態に係る指紋認証装置の概略構成図、（ｂ）は（ａ）における熱源と温度センサの配置を示す平面図である。
【図２】図１の指紋認証装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】図２のフローチャートにおける生体判別処理（Ｓ２０８）の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図４】本発明の指紋認証装置に用いられる熱源と温度センサの配置例を示す平面図である。
【図５】本発明の指紋認証装置に用いられる熱源と温度センサの別の配置例を示す平面図である。
【図６】本発明の指紋認証装置に用いられる熱源と温度センサのさらに別の配置例を示す平面図である。
【符号の説明】
１１載置板
１２指紋検出部
１３，１３ａ，１３ｂ熱源
１４，１４ａ，１４ｂ温度センサ
１５，１５ａ，１５ｂ温度センサ
１６生体判別部
１７指紋認証部
４１温度センサ
６１ａ，６１ｂ温度センサ

Claims

載置台に載置された指が生体であるのか否かを判別するための生体判別器において、
前記載置台に、前記指に局所的に熱を加えるための少なくとも１個の熱源と、該熱源の各々に対応し、対応する熱源から互いに異なる距離だけ離れた複数の温度センサとを設けるとともに、
前記熱源により前記指に熱を加えている間、前記複数の温度センサからの検出信号をそれぞれ前記指の対応個所の時系列温度変化として記録し、当該時系列温度変化に基づいて前記指が生体であるのか否かを判別する生体判別部を設けたことを特徴とする生体判別器。
前記生体判別部が、前記指が生体であるのか否かを判別するために用いられる判別用データを予め記憶していることを特徴とする請求項１に記載の生体判別器。
前記熱源の各々に対応する複数の温度センサのうち、少なくとも１つは、当該対応する熱源からの熱であって、前記指の皮膚を伝わる熱を検出できる位置に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生体判別器。
請求項１，２、または３に記載の生体判別器を備えた指紋認証装置。
前記載置台に前記指の指紋を検出するための指紋検出部を備えるとともに、前記熱源を１個備え、前記複数の温度センサが、互いに隣接する２個の温度センサによって前記指紋検出部を挟むように、前記指の延在方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項４に記載の指紋認証装置。
前記熱源が、前記複数の温度センサを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の指紋認証装置。
前記載置台に前記指の指紋を検出するための指紋検出部を備えるとともに、前記熱源を２個備え、前記複数の温度センサが、前記指紋検出部の両側に前記指の延在方向に沿って２列に配置されていることを特徴とする請求項４に記載の指紋認証装置。
前記熱源がそれぞれ、各列の前記複数の温度センサを結ぶ直線上に配置されていることを特徴とする請求項７に記載の指紋認証装置。
載置台に置かれた指に対し、前記載置台に設けられた熱源から局所的に熱を加え、
前記指の表面温度の時系列変化を、前記熱源から互いに異なる距離となるよう前記載置台に設けられた複数の温度センサで検出し、
検出した前記指の表面温度の時系列変化に基づいて、前記指が生体か否かを判断するようにしたことを特徴とする生体判別方法。