JP4403426B2

JP4403426B2 - 生体認証装置及び生体認証プログラム

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Publication number: JP4403426B2
Application number: JP2007001780A
Authority: JP
Inventors: 一也山本; 正太市川; 浩志濱口
Original assignee: Silex Technology Inc
Current assignee: Silex Technology Inc
Priority date: 2007-01-09
Filing date: 2007-01-09
Publication date: 2010-01-27
Anticipated expiration: 2027-01-09
Also published as: JP2008171094A; US20080212846A1

Description

この発明は個人の認証を生体情報によって行なう生体認証装置及びプログラムに関し、特に、指紋、虹彩、声紋等を用いて個人の認証を行なう、信頼性の高い生体認証装置及びそのための生体認証プログラムに関する。

様々な取引が電子的に行なわれるようになったことにより、個人の情報が他人に知られることによって、重大な結果をもたらす場合が多くなってきた。例えば銀行の現金自動預け払い機では、本人か否かを確認するために４桁の暗証番号を用いることが一般的である。しかしこの暗証番号が一旦他人に知られると、本人の知らないうちに他人によって預金を引出される可能性がある。こうした問題は銀行の現金自動預け払い機に限定されるものではない。例えばパーソナルコンピュータを使用する際に、パーソナルコンピュータを利用するためのパスワードが他人に知られると、そのパスワードを使って本人になりすました他人がシステムにログオンし、データ破壊、データの漏洩等の重大な結果を引起すおそれがある。また最近では、携帯電話に様々な機能が付加され、また個人に関する重要な情報も携帯電話に格納されていることが多い。そのため、携帯電話を使用する際にも何らかの形で本人であるか否かを確認する仕組みを持つものがある。

既に述べたように、従来のこうした仕組みでは、本人のみが知り得るパスワード又は暗証番号（以下「パスワード等」と呼ぶ。）を使うことが一般的であった。しかしそのようなパスワード等を用いる場合、一旦そのパスワード等が他人に知られると、他人によるなりすましが簡単に行なえるという問題がある。

こうした問題を解決するために最近注目されている技術に、指紋、虹彩、声紋、手の平の静脈のパターン等、人によって独自のものであるとされる身体的情報（生体情報）を用いる、いわゆる生体認証が注目されている。例えば指紋の場合、一人一人異なるものであり、しかも年月を経ても変化しないという特徴がある。そのために、本人か否かを確認するためにこの情報を登録しておき、認証を求める際に認証を求める人物の生体情報を取得して比較することによって、本人か否かを確認することで、信頼性の高い認証を行なえる。特に、他人によるなりすましが困難になるという効果がある。

しかし、生体認証には以下のような問題点がある。以下、生体認証の代表として指紋を用いる指紋認証システムにつき、その問題点を説明する。指紋認証システムにおいて従来は、照合の基準となる指紋情報（以下、「指紋テンプレート」と呼ぶ。）をシステム内に保持し、照合時に、入力された指紋情報とこの指紋テンプレートとを比較していた。一般的には、指紋テンプレートの登録の際、指紋情報を数回取得し、この中から最も照合に適すると思われる指紋情報を指紋テンプレートとして採用する。照合の際には、指紋センサから入力された指紋の画像から得られた指紋情報と、指紋テンプレートとを、所定のアルゴリズムにしたがって照合し、本人か否かを判定する。

ただ、指紋は個人により永久に不変とされているものの、実際には、皮膚の乾燥若しくは湿潤、又は指の傷等によって、指紋センサが認識できなくなってしまう場合があり得る。そうした場合、正当な権限を持つ人物であるにも関わらず、照合が正常に行なわれなくなってしまうことがあり、結果として指紋認証システムの運用を妨げる要因となっていた。こうした問題を避けるために、認証時に判断基準を緩くするということも考えられるが、その場合には逆に他人によるなりすましが発生する可能性が高くなるという問題点がある。

このような状況を改善すべく、様々なアプローチが試みられている。中でも効果的と思われるものは、指紋センサの性能向上である。最近では、指の表皮ではなく、真皮の凹凸を指紋として読取ることのできるセンサが出てきている。このようなセンサは、指の乾燥又は湿潤等の外的阻害要因に強く、指紋認証システムの運用性向上に大きく寄与するものと期待される。

しかし、このような真皮を読取ることのできるセンサであっても、完全に指紋照合を行なえるわけではなく、僅かであるが正常に照合が行なえない指紋が存在することも事実である。

別のアプローチとして、指紋テンプレートを新しいものに変えていくことにより、指の乾燥や湿潤等外的阻害要因に対しても認証が行なえる率を高くしようとするものがある。後掲の非特許文献１は、そのような指紋照合法を開示している。非特許文献１に記載の指紋照合法では、複数個の指紋テンプレートを保持しておき、入力される指紋情報とこれらの指紋テンプレートとの間でＤＰ（ダイナミック・プログラミング）マッチングを行なう。ＤＰマッチングの結果得られるＤＰ距離の最小値が、予め定められたしきい値よりも小さい時にはその入力指紋情報を受理し、それ以外の時には棄却する。

さらに、複数個の指紋テンプレートのうち、ＤＰ距離が最も大きなものと、入力された指紋情報とを入れ替え、入力された指紋情報を新たな指紋テンプレートとする。こうすることによって、現在の指紋の状態と最も距離が離れていると思われる指紋テンプレートを、最近受理された指紋情報と入れ替えることができる。その結果、指の乾燥又は湿潤等、外的阻害要因に強く、指紋認証システムの運用性を向上できると期待されている。
梅崎太造、他３名、「画像品質の変動を考慮した指紋照合法」、電気学会論文誌Ｃ、社団法人電気学会発行、２００２年７月１日、１２２巻７号、ｐｐ.１１２７−１１３６。

非特許文献１に開示された指紋照合法では、照合が行なわれ、入力指紋情報が受理されるたびに指紋テンプレートの置換えが行なわれる。そのため、頻繁に認証に使用され、実績のある指紋テンプレートであっても、たまたま入力された指紋との間のＤＰ距離が他よりも大きくなると、置換えの対象になってしまうという問題がある。同様の理由で、指紋認証システムが誤って他人の入力指紋情報を受理した場合に、他人の指紋情報が本来の使用者の指紋情報として指紋テンプレートに採用されてしまうという問題がある。このようにして全ての指紋テンプレートが他人の指紋情報に置換わってしまう可能性があると、本来の使用者が認証できない状態に陥ってしまう可能性がある。そうした状況が発生すれば、指紋認証システムの運用性及び信頼性の低下が著しく、その普及に大きな障害となる可能性がある。またこうした問題は、指紋を用いた生体認証システムだけではなく、その他の生体情報を用いた生体認証システムでも生じうる問題である。

それゆえに本発明の目的は、外的条件による生体情報の変化に対して信頼性高く本人を認証でき、その運用性を向上させることができる生体認証装置及び生体認証プログラムを提供することである。

本発明の第１の局面に係る生体認証装置は、生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、生体認証のための生体情報を受け、複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段とを含む生体認証装置であって、複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、生体認証装置の動作時に置換対象とされる学習生体情報テンプレートとを含み、生体認証装置は、判定手段により生体情報を受理すると判定されたことに応答して、当該生体情報で、記憶手段に記憶された学習生体情報テンプレートの１つを置換するためのテンプレート学習手段をさらに含む。

記憶手段は、登録生体情報テンプレートと、学習生体情報テンプレートとを予め記憶する。生体情報が与えられると、判定手段が、登録生体情報テンプレート及び学習生体情報テンプレートと、与えられた生体情報とを照合し、それらの間の類似度を表す照合スコアを算出する。判定手段は、この照合スコアに基づいて、与えられた生体情報を受理すべきか否かを判定し判定結果を示す信号を出力する。複数のテンプレートを使用して照合するので、単独のテンプレートを使用する場合よりも照合結果の信頼度は高くなる。一方、テンプレート学習手段は、判定手段により生体情報を受理するという判定がされると、その生体情報で、学習生体情報テンプレートを置換する。学習生体情報テンプレートがこのように更新されるので、学習生体情報テンプレートの一部は常に最新の生体情報を反映したものとなる。そのため、季節的条件等の外的条件の変化に伴って生体の状態が変化する場合でも、受理すべき生体情報を誤って棄却してしまう危険性が低くなる。又、生体情報テンプレートのうち、登録生体情報テンプレートは、新たな生体情報で置換されることがない。そのため、棄却すべき生体情報が誤って受理されたときにも、生体情報テンプレートが全て他人の生体情報で置換されてしまうことがなく、その影響は限定されたものとなる。その結果、外的条件による生体情報の変化に対して信頼性高く本人を認証でき、その運用性を向上させることができる生体認証装置を提供できる。

好ましくは、記憶手段は、複数個の学習生体情報テンプレートを記憶し、テンプレート学習手段は、判定手段により生体情報を受理すると判定されたことに応答して、複数個の学習生体情報テンプレートについて算出された照合スコアのうち、類似度が最も小さいことを表す照合スコアに対応する学習生体情報テンプレートを生体情報で置換して、新たな学習生体情報テンプレートとして記憶手段に記憶させるためのテンプレート置換手段を含む。

学習生体情報テンプレートとして複数個が記憶手段に記憶される。学習生体情報テンプレートのうち、受理された生体情報との間で算出された照合スコアにより、その生体情報との間の類似度が最も低いことが示されている生体情報テンプレートが、受理された生体情報により置換される。新たに入力され受理された生体情報と最も相違している学習生体情報テンプレートが置換されるため、学習生体情報テンプレートの全体は、最新の生体の状態を反映した形に維持されたものとなる。又類似度が最も低い学習生体情報テンプレートのみが置換され、登録生体情報テンプレートが置換されることはないため、これによる影響は限定されたものとなり、誤って受理された生体情報によって生体情報テンプレートの全体が置換されてしまう恐れはない。その結果、信頼性高く、生体情報の認証を行なうことができる生体情報認証装置を提供できる。

好ましくは、判定手段は、登録生体情報テンプレート及び学習生体情報テンプレートの各々と、生体情報に対する類似度を表す照合スコアを算出するための照合スコア算出手段と、照合スコア算出手段により算出された照合スコアの平均値である平均スコアを算出するための平均スコア算出手段と、平均スコア算出手段により算出された平均スコアが所定の第１のしきい値以上か否かによって、生体情報を受理するか否かを判定するための手段とを含む。

判定するための手段は、登録生体情報テンプレートと学習生体情報テンプレートとの間で算出された複数の照合スコアの平均値に基づき、生体情報を受理するか否かを判定する。複数の照合スコアを用いるので、例えば一部の生体情報テンプレートとの照合スコアが低い生体情報であっても、他の生体情報テンプレートとの間の照合スコアが十分高ければ、受理される。その結果、生体情報の取得時の状態による影響を小さくし、安定して生体情報の認証を行なうことができる、信頼性の高い生体情報認証装置を提供できる。

好ましくは、判定するための手段は、平均スコア算出手段により算出された平均スコアが所定の第１のしきい値以上でかつ照合スコア算出手段により算出された照合スコアの各々がそれぞれ対応する所定の第２のしきい値以上の場合には生体情報を受理し、それ以外の場合には生体情報を棄却するための手段を含む。

平均スコアのみを用いた場合、一部の照合スコアが極端に低い場合でも、他の照合スコアが非常に高ければ認証に成功する。しかし、一部の照合スコアが極端に低い場合、それを受理することは必ずしも望ましくない。照合スコアに、最低値としての第２のしきい値を設定し、照合スコアが第２のしきい値に満たないものを棄却することにより、そのような場合を排除でき、他人の生体情報を誤って受理してしまう危険性を小さくすることができる。

好ましくは、生体認証装置は、登録生体情報テンプレートと、学習生体情報テンプレートとを記憶手段に記憶するためのテンプレート登録手段をさらに含む。テンプレート登録手段は、生体認証のための生体情報を複数個受け、各々の品質スコアを算出するための品質スコア算出手段と、複数個の生体情報のうち、品質スコア算出手段により算出された品質スコアが予め定められた値以上である生体情報を、品質スコアの高いものから順に登録生体情報テンプレートとして選択し、さらにその後学習生体情報テンプレートとして選択するための選択手段と、選択手段により選択された生体情報のうち、品質スコア算出手段により算出された品質スコアが高いものから順に登録生体情報テンプレートとして記憶手段に記憶させ、その他のものを学習生体情報テンプレートとして記憶手段に記憶させるための手段とを含む。

登録生体情報と学習生体情報として、所定の品質以上のもののみを使用することにより、動作時の生体情報の受理及び棄却の誤りを小さくすることができる。特に登録生体情報は、以後固定的に記憶され、新しいものと置換されることがないため、最も品質の高いものを使用する。学習生体情報テンプレートは、新たな生体情報から得た生体情報で置換される可能性があるが、これらについても所定の品質を満たしているものに限定することにより、誤って別の人の生体情報が受理されてしまったり、正しい人の生体情報を棄却してしまったりする危険性を小さくすることができる。

本発明の第２の局面に係る生体認証プログラムは、コンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、記憶装置に生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、生体認証のための生体情報を受け、複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段として機能させる。複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、プログラムの動作時に置換対象となる学習生体情報テンプレートとを含む。プログラムはさらに、判定手段により生体情報を受理すると判定されたことに応答して、当該生体情報で、記憶手段に記憶された学習生体情報テンプレートの１つを置換するためのテンプレート学習手段としてコンピュータを機能させる。

このプログラムをコンピュータで実行させることにより、コンピュータを、上記した生体認証装置として動作させることができる。その結果、当該コンピュータにより、上記した生体認証装置と同様の効果を実現することができる。

本発明の第３の局面に係る生体認証装置は、生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、生体認証のための生体情報を受け、複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段とを含む生体認証装置である。複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、生体認証装置の動作時に置換対象とされる学習生体情報テンプレートとを含む。生体認証装置はさらに、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、判定手段により算出された照合スコアが最も小さな学習生体情報テンプレートを選択するための選択手段と、選択手段により選択された学習生体情報テンプレートについて、当該学習生体情報テンプレートに関連づけられた選択回数データに所定の値を加算する選択回数累積手段と、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、選択回数累積手段により加算された選択回数データが所定の基準値より大きくなった学習生体情報テンプレートがあるか否かを判定し、もしあれば、その学習生体情報テンプレートを判定手段により受理すると判定された生体情報で置換するための置換手段とを含む。

記憶手段は、登録生体情報テンプレートと、学習生体情報テンプレートとを予め記憶する。生体情報が与えられると、判定手段が、登録生体情報テンプレート及び学習生体情報テンプレートと、与えられた生体情報とを照合し、それらの間の類似度を表す照合スコアを算出する。さらに判定手段は、この照合スコアに基づいて、与えられた生体情報を受理すべきか否かを判定し判定結果を示す信号を出力する。複数のテンプレートを使用して照合するので、単独のテンプレートを使用する場合よりも照合結果の信頼度は高くなる。判定手段により生体情報を受理するという判定がされると、選択手段は、照合スコアが最も小さな学習生体情報テンプレートを選択し、選択回数累積手段は、選択された学習生体情報テンプレートに関連づけられている選択（照合）回数データに所定の値だけ加算する。置換手段は、選択回数データが所定の基準値よりも大きくなった学習生体情報テンプレートがあると、その学習生体情報テンプレートを新たな生体情報で置換する。

学習生体情報テンプレートがこのように更新されるので、学習生体情報テンプレートのうち、最新の生体情報との類似度が他よりも低いと判定された回数が所定の基準値より大きくなったものは、新たな生体情報で置換される。したがって、学習生体情報テンプレートからは、最新の生体情報との相違が大きくなったものは排除され、生体情報との相違が安定して小さなものが継続して残るようになる。そのため、学習生体情報テンプレートは、全体として、最新の生体情報を常に反映したものとなる。季節的条件等の外的条件の変化に伴って生体の状態が変化する場合でも、受理すべき生体情報を誤って棄却してしまう危険性が低くなる。又、生体情報テンプレートのうち、登録生体情報テンプレートは、新たな生体情報で置換されることがない。そのため、棄却すべき生体情報が誤って受理されたときにも、生体情報テンプレートが全て他人の生体情報で置換されてしまうことがなく、その影響は限定されたものとなる。その結果、外的条件による生体情報の変化に対して信頼性高く本人を認証でき、その運用性を向上させることができる生体認証装置を提供できる。

本発明の第４の局面に係る生体認証装置は、生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、生体認証のための生体情報を受け、複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段とを含む生体認証装置である。複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、生体認証装置の動作時に置換対象とされる学習生体情報テンプレートとを含む。生体認証装置はさらに、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、判定手段により算出された照合スコアが最も大きな学習生体情報テンプレートを選択するための選択手段と、選択手段により選択された学習生体情報テンプレートについて、当該学習生体情報テンプレートに関連づけられた選択回数データに所定の値を加算するための選択回数累積手段と、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、選択回数累積手段により加算された選択回数データが、他のいずれの学習生体情報テンプレートの選択回数データよりも小さく、かつその差の絶対値が所定値より大きくなった学習生体情報テンプレートがあるか否かを判定するための選択回数判定手段と、前記選択回数判定手段により、判定条件を満たす学習生体情報テンプレートがあると判定された場合、その学習生体情報テンプレートを判定手段により受理すると判定された生体情報で置換するための置換手段とを含む。

判定手段が生体情報を受理すると判定し、選択回数累積手段により累積加算された選択回数データが他のいずれの選択回数データよりも所定回数以上小さくなると選択回数判定手段により判定された場合、これに応答して、置換するための置換手段が、当該選択回数データに関連づけられている学習生体情報テンプレートを新たな生体情報で置換する。ある学習生体情報テンプレートの選択回数データが他の学習生体情報テンプレートの選択回数データよりも小さくなるということは、その学習生体情報テンプレートが、入力される生体情報と異なっていることが他よりも多いということを意味する。すなわち、その学習生体情報テンプレートは、最近のユーザから得られる生体情報とは異なっており、古い状態の生体情報を表しているものと考えられる。したがって、そうした学習生体情報テンプレートを、最新の生体情報で置換することにより、学習生体情報テンプレートが最新のユーザの生体情報を反映したものとなる。その結果、外的条件による生体情報の変化があっても、学習生体情報テンプレートはその変化を反映したものとなり、信頼性高く本人を認証でき、その運用性を向上させることができる生体認証装置を提供できる。

本発明の第５の局面に係る生体認証装置は、生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、生体認証のための生体情報を受け、複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段とを含む生体認証装置である。複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、生体認証装置の動作時に置換対象とされる学習生体情報テンプレートとを含む。生体認証装置はさらに、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、判定手段により算出された照合スコアが最も小さな学習生体情報テンプレートを選択するための選択手段と、選択手段により選択された学習生体情報テンプレートについて、当該学習生体情報テンプレートに関連づけられた選択回数データに所定の値を加算するための選択回数累積手段と、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、選択回数累積手段により加算された選択回数データが、他のいずれの学習生体情報テンプレートの選択回数データよりも大きく、かつその差の絶対値が所定値より大きくなった学習生体情報テンプレートがあるか否かを判定するための選択回数判定手段と、前記選択回数判定手段により、判定条件を満たす学習生体情報テンプレートがあると判定された場合、その学習生体情報テンプレートを判定手段により受理すると判定された生体情報で置換するための置換手段とを含む。

判定手段が生体情報を受理すると判定し、選択回数累積手段により累積加算された選択回数データが他のいずれの選択回数データよりも所定回数以上大きくなると選択回数判定手段により判定された場合、これに応答して、置換するための置換手段が、当該選択回数データに関連づけられている学習生体情報テンプレートを新たな生体情報で置換する。ある学習生体情報テンプレートの選択回数データが他の学習生体情報テンプレートの選択回数データよりも大きくなるということは、その学習生体情報テンプレートが、入力される生体情報と異なっていることが他よりも多いということを意味する。すなわち、その学習生体情報テンプレートは、最近のユーザから得られる生体情報とは異なっており、古い状態の生体情報を表しているものと考えられる。したがって、そうした学習生体情報テンプレートを、最新の生体情報で置換することにより、学習生体情報テンプレートが最新のユーザの生体情報を反映したものとなる。その結果、外的条件による生体情報の変化があっても、学習生体情報テンプレートはその変化を反映したものとなり、信頼性高く本人を認証でき、その運用性を向上させることができる生体認証装置を提供できる。

生体認証装置は、置換手段により学習生体情報テンプレートが新たな生体情報で置換されたことに応答して、選択回数累積手段により加算される選択回数データを所定の値で初期化するための初期化手段をさらに含んでもよい。

置換が行なわれるたびに、新たに選択回数が初期化される。以前の選択結果が引き継がれることはなく、各学習生体情報テンプレートに対し同じ条件で選択回数の加算が行なわれる。したがって、最新の生体情報から得られた学習生体情報テンプレートも、以前から存在する学習生体情報テンプレートと同じ条件で更新されることになり、他に対して不利な条件となることはない。学習生体情報テンプレートは、全体として生体情報の変化に追随した最新の状態に維持される。その結果、外的条件による生体情報の変化に対して信頼性高く本人を認証でき、その運用性を向上させることができる生体認証装置を提供できる。

本発明の第６の局面に係る生体認証プログラムは、コンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、生体認証のための生体情報を受け、複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段として機能させる生体認証プログラムである。複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、生体認証プログラムの動作時に置換対象とされる学習生体情報テンプレートとを含む。生体認証プログラムはさらに、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、判定手段により算出された照合スコアが最も小さな学習生体情報テンプレートを選択するための選択手段と、選択手段により選択された学習生体情報テンプレートについて、当該学習生体情報テンプレートに関連づけられた選択回数データに所定の値を加算するための選択回数累積手段と、判定手段が生体情報を受理すると判定したことに応答して、選択回数累積手段により加算された選択回数データが所定の基準値より大きくなった学習生体情報テンプレートがあるか否かを判定し、もしあれば、その学習生体情報テンプレートを判定手段により受理すると判定された生体情報で置換するための置換手段としてコンピュータを機能させる。

このプログラムをコンピュータで実行させることにより、コンピュータを、上記した第３の局面に係る生体認証装置として動作させることができる。その結果、当該コンピュータにより、第３の局面に係る生体認証装置と同様の効果を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明及び図面では同一の部品には同一の参照番号及び名称を付してある。したがってそれらについての詳しい説明は繰返さない。

また、以下の説明では生体認証の例として指紋を用いた実施の形態について説明する。しかし、生体認証に使用する生体情報は指紋には限定されない。例えば、虹彩、手の平の静脈パターン、声紋等についても本実施の形態と同様に実現することができる。また、以下の実施の形態では、指紋センサをコンピュータハードウェアと別体とし、指紋センサから得られる指紋情報を処理する機能部分をコンピュータ上で動作するソフトウェアにより実現するものとしている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。例えば、コンピュータハードウェアとは別体として設けられた指紋センサ内に小型のプロセッサを内蔵させ、このプロセッサにより上記したプログラムを実行することにより、指紋センサ自体を指紋認証装置として動作させることもできる。同様に、指紋センサ内に、上記したソフトウェアと同等の機能を実現する論理回路からなるハードウェアを実装し、指紋センサを指紋認証装置として動作させることもできる。又は、指紋センサと、指紋情報を処理する筐体とを別体とし、両者をコンピュータ等の制御対象の機器に接続するような構成も可能である。

［第１の実施の形態］
＜構造＞
図１に、本発明の一実施の形態に係る指紋認証装置を実現するコンピュータシステム２０の外観図を示す。図１を参照して、このコンピュータシステム２０は、Ｉ／Ｏ（Ｉｎｐｕｔ／Ｏｕｔｐｕｔ）ポート１２４及びＤＶＤ（ＤｉｇｉｔａｌＶｅｒｓａｔｉｌｅＤｉｓｃ）ドライブ１１０を有するコンピュータ１００と、キーボード１０６と、マウス１０８と、モニタ１０２と、一対のスピーカ８０と、コンピュータ１００に設けられたマイク８２と、本実施の形態に係る指紋認証装置での指紋画像の入力を行なうための指紋センサ９０とを含む。指紋センサ９０は、Ｉ／Ｏポート１２４を介してコンピュータ１００に接続される。

図２は、コンピュータシステム２０を構成するコンピュータ１００のハードウェア構成を示すブロック図である。図２を参照して、コンピュータ１００はＣＰＵ（中央演算処理装置）１１６と、このＣＰＵ１１６に接続されたバス１２６とを含む。

コンピュータ１００はさらに、いずれもバス１２６に接続された、コンピュータ１００の起動時に実行されるプログラムを記憶するＲＯＭ（読出専用メモリ）１１８と、ＣＰＵ１１６による作業領域として用いられ、またＣＰＵ１１６がプログラムを実行する際のプログラムの格納場所としても用いられるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）１２０と、ハードディスク１１４と、ＤＶＤ１２２が挿入されるＤＶＤドライブ１１０と、指紋センサ９０が接続されるＩ／Ｏポート１２４と、マイク８２及びスピーカ８０が接続されるサウンドボード１１２とを含む。

このコンピュータシステム２０では、電源が投入されＯＳ（ＯｐｅｒａｔｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）が立ち上がった後、ユーザの認証画面となる。ユーザが指紋センサ９０に指を乗せて指紋画像を入力し、コンピュータ１００内で実行される指紋認証プログラムによる認証を行なう。認証により使用権限のあるユーザであると認められれば、該当ユーザに設定された権限の範囲内においてコンピュータ１００が利用可能になり、それ以外の場合にはエラーメッセージを表示して認証画面に戻る。

図３は、コンピュータ１００で実行される指紋認証プログラムにより実現される指紋認証装置１５０と、コンピュータ１００のその他の部分との関係をブロック図形式で示した図である。図３を参照して、コンピュータ１００は、機能的には指紋センサ９０から指紋画像を受け、予め登録してある複数の指紋テンプレートとの照合を行なうことにより、ユーザの認証を行なうための指紋認証装置１５０と、コンピュータ１００の電源が投入されると起動され、指紋認証装置１５０を起動して、ユーザによる認証が行なわれるまで認証画面を表示し、指紋認証装置１５０による認証が行なわれると、コンピュータ１００を稼動状態にし、ユーザの指示にしたがって処理を実行するための制御処理部１５４と、制御処理部１５４に対しユーザが情報を入力したり、制御処理部１５４からユーザに対し情報を出力したりするための入出力装置１５２と、制御処理部１５４の処理に必要なデータを記憶するための記憶装置１５８と、制御処理部１５４によって制御される、コンピュータ１００の各部からなる被制御機器部１５６とを含む。

入出力装置１５２は、図２に示すキーボード１０６、マウス１０８、モニタ１０２、マイクロホン８２、スピーカ８０、Ｉ／Ｏポート１２４、サウンドボード１１２、ＤＶＤドライブ１１０、等に相当する。記憶装置１５８は、ハードディスク１１４、ＲＯＭ１１８、ＲＡＭ１２０、等に相当する。被制御機器部１５６としては、コンピュータ１００を構成する各部のうち、上記した入出力装置１５２及び記憶装置１５８以外の全ての部品を含む。

指紋認証装置１５０は、複数個（本実施の形態では３個）の指紋テンプレートを記憶するための指紋情報記憶部１８２と、この指紋認証装置１５０をコンピュータ１００に最初にインストールした後、指紋情報記憶部１８２に、指紋センサ９０から入力された指紋情報から得られた指紋テンプレートを登録する処理を行なうための指紋情報登録処理部１８０と、指紋認証装置１５０の稼動開始後、指紋センサ９０から入力された入力指紋情報（指紋画像）から特徴情報を抽出し、これと指紋情報記憶部１８２に記憶された指紋テンプレートの特徴情報とを照合し、ユーザの認証を行なって、認証結果を制御処理部１５４に与えるための指紋情報照合処理部１８４と、指紋情報照合処理部１８４によって三つの指紋テンプレートと入力指紋との間で行なわれた照合結果を得て、以下に述べるような指紋情報の学習処理を実行し、指紋情報記憶部１８２に記憶された指紋テンプレートの一部を置換える処理を行なうための指紋情報学習処理部１８６とを含む。

図３に示すように、本実施の形態では、指紋テンプレートとしては三つを用いる。これらは、学習動作時に学習対象とならない一つの登録指紋テンプレートと、学習対象となる二つの学習指紋テンプレートとに分類される。学習指紋テンプレートは、第１の学習指紋テンプレート（以下学習指紋テンプレート１）及び第２の学習指紋テンプレート（以下学習指紋テンプレート２）を含む。指紋情報照合処理部１８４は、これら三つの指紋テンプレートと入力指紋情報との間の照合を行なって、それぞれ照合スコアを出力する。指紋情報学習処理部１８６は、認証が成功した時に限り、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２のうち、スコアの低い方の学習指紋テンプレートを、認証に成功した指紋情報から得られた指紋情報と置換えることにより、学習指紋テンプレートを更新する処理を行なう。

図３に示す指紋認証装置１５０は、本実施の形態ではコンピュータプログラムにより実現される。これらプログラムのうち、指紋情報登録処理部１８０を実現するプログラムと、指紋情報照合処理部１８４及び指紋情報学習処理部１８６を実現するためのプログラムは本実施の形態では別個のプログラムである。指紋情報登録処理部１８０を実現するプログラムは、指紋センサ９０をコンピュータ１００に接続する時に、ＤＶＤ１２２等に格納されてコンピュータ１００に供給される。このプログラムはハードディスク１１４に記憶され、ＲＡＭ１２０にロードされてＣＰＵ１１６により実行される。このプログラムを実行することにより、指紋センサ９０から入力された指紋画像から得られた指紋テンプレートが指紋情報記憶部１８２に記憶される。なお、指紋情報記憶部１８２は、通常は図２に示すハードディスク１１４内に存在する記憶領域の一部分である。

指紋情報記憶部１８２に指紋テンプレートが記憶された後は、指紋情報照合処理部１８４及び指紋情報学習処理部１８６のみが実行される。普段はこれらプログラムはハードディスク１１４に記憶されており、コンピュータ１００が起動されるとＲＡＭ１２０に読出されてＣＰＵ１１６により実行される。指紋センサ９０を用いた指紋の入力があるたびに、指紋情報照合処理部１８４及び指紋情報学習処理部１８６が動作し、認証を行ない指紋情報記憶部１８２に記憶された指紋テンプレートを更新する。なお、指紋センサ９０は入出力装置１５２を経由して接続されてもよい。

以下、指紋情報登録処理部１８０を実現するコンピュータプログラムの制御構造について図４及び図５を参照して説明し、次に指紋情報照合処理部１８４及び指紋情報学習処理部１８６を実現するコンピュータプログラムの制御構造について、図６及び図７を参照してそれぞれ説明する。

−指紋情報登録処理部１８０−
図４に、指紋情報登録処理部１８０を実現するコンピュータプログラムの制御構造を示すフローチャートの前半を、図５に後半を、それぞれ示す。

図４を参照して、このプログラムは、登録された指紋テンプレートの数を表す変数ｉに初期値として０を代入するステップ２００と、変数ｉに１を加算するステップ２０２と、変数ｉの値が３より大きいか否かを判定し、判定結果にしたがって制御を分岐させるステップ２０４とを含む。

このプログラムはさらに、ステップ２０４で変数ｉの値が３以下であると判定されたことに応答して実行され、指紋センサ９０により出力される指紋画像を入力するステップ２０６と、入力された指紋画像から指紋の照合に使用する特徴点を抽出するステップ２０８と、得られた特徴点の数に基づき、入力された指紋画像の品質を算出する処理を行なうステップ２１０と、ステップ２１０で算出された品質が、所定のしきい値より大きいか否かを判定し、判定結果に応じて制御を分岐させるステップ２１２とを含む。ステップ２１２において品質が所定のしきい値以下であると判定された場合、制御はステップ２０６に戻る。

品質の算出方法としては、種々あり得る。例えば、本実施の形態では、取得された入力指紋の画像部分の面積及び画像から得られた特徴的な点の数などに基づいてこれらが大きいほど品質スコアが大きくなるような品質スコア関数を定め、その値を入力指紋に対して算出する。

このプログラムはさらに、ステップ２１２において指紋画像の品質が所定のしきい値より大きいと判定されたことに応答して実行され、ｉ番目の採取指紋としてこの入力指紋画像を図２に示すＲＡＭ１２０に記憶し、制御をステップ２０２に戻す処理を行なうステップ２１４を含む。

図５を参照して、このプログラムはさらに、図４に示すステップ２０４において、変数ｉの値が３より大きいと判定されたことに応答して実行され、第１の採取指紋と第２の採取指紋とを、指紋照合のための所定の照合アルゴリズムにしたがって照合し、照合結果を表すスコア（照合スコア）を算出するステップ２１６と、ステップ２１６で算出された照合スコアが所定のしきい値より大きいか否かによって、両者が同一の人物の指紋であるという照合結果が得られたか否かを判定し、判定結果にしたがって制御を分岐させるステップ２１８とを含む。照合処理で用いられるアルゴリズムは本発明には直接関係しないため、その詳細については述べないが、例えばマニューシャ方式を用いることができる。これ以外にも、照合スコアを算出するためのアルゴリズムは多数知られている。例えば、前述の非特許文献１で用いられたＤＰマッチングがその一例である。ここで、照合スコアとは、第１の採取指紋と第２の採取指紋との類似度合いを示す尺度であり、後述する実際の照合段階においては、入力指紋情報と指紋テンプレートとの類似度合いを示す。スコアが高いほど両指紋情報が同一である可能性が高いような尺度である。

このプログラムはさらに、ステップ２１８において照合が成功したと判定されたことに応答して実行され、第２の採取指紋と第３の採取指紋とをステップ２１６と同様に照合するステップ２２０と、第２の採取指紋と第３の採取指紋との間の照合が正常に行なわれたか否かを判定し、判定結果にしたがって制御を分岐させるステップ２２２と、ステップ２２２において照合が成功したと判定されたことに応答して実行され、第３の採取指紋と第１の採取指紋との間でステップ２１６及び２２０と同様の照合処理を行なうステップ２２４と、ステップ２２４で行なわれた照合処理の結果、照合が成功したか否かを判定し、その判定結果にしたがって制御を分岐させるステップ２２６とを含む。

ステップ２１８、２２２及び２２６において照合が失敗したと判定された場合、いずれも制御は図４に示すステップ２００に戻り、登録処理を最初からやり直すことになる。

再び図５を参照して、このプログラムは、ステップ２２６において第３の採取指紋と第１の採取指紋との間の照合が成功したと判定されたことに応答して実行され、第１〜第３の採取指紋の品質を互いに比較し、品質の高いものから順にソートする処理を行なうステップ２２８と、ステップ２２８の処理で得られた、最も品質の高い指紋を「登録指紋テンプレート」として図３に示す指紋情報記憶部１８２に記録させるステップ２３０と、ステップ２３０の後、ステップ２２８の処理で２番目に品質の高い指紋であると判定された指紋情報を、学習指紋テンプレート１として指紋情報記憶部１８２に記録させるステップ２３２と、最も品質の低い指紋を学習指紋テンプレート２として指紋情報記憶部１８２に記録するステップ２３４とを含む。ステップ２３４の後、指紋情報を登録する処理は終了する。

−指紋情報照合処理部１８４−
図６に、図３に示す指紋情報照合処理部１８４を実現するプログラムの制御構造をフローチャート形式で示す。図６を参照して、この照合処理を実現するプログラムは、指紋センサ９０から入力された指紋（以下「入力指紋」と呼ぶ。）と、指紋情報記憶部１８２に記憶されている登録指紋テンプレートとを比較し、第１の照合スコアを算出して一時記録する処理を行なうステップ２５０と、同様に入力指紋と学習指紋テンプレート１とを比較し、得られた照合スコアを第２の照合スコアとして記録するステップ２５２と、入力指紋と学習指紋テンプレート２とを照合し、得られた照合スコアを第３の照合スコアとして記録するステップ２５４と、このようにして得られた第１〜第３の照合スコアの平均値を算出し、平均照合スコアとして記録するステップ２５６とを含む。

このプログラムはさらに、ステップ２５６の後、ステップ２５６で算出された平均照合スコアが予め経験的に定められたしきい値Ｔ_１より大きいか否かを判定し、判定結果にしたがって制御を分岐させる処理を行なうステップ２５８と、ステップ２５８において平均照合スコアがしきい値Ｔ_１より大きいと判定されたことに応答して実行され、照合が成功し、ユーザによるコンピュータ１００の利用を認めるという情報を図３に示す制御処理部１５４に出力するステップ２６０と、ステップ２６０の後、入力指紋を学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２のうち、入力指紋との間の照合スコアが低いものと置換える学習処理を実行し、照合処理を終了するステップ２６２と、ステップ２５８において平均照合スコアがしきい値Ｔ_１以下であると判定されたことに応答して実行され、照合不可（認証失敗）を示す情報を図３に示す制御処理部１５４に与えて照合処理を終了させるステップ２６４とを含む。

−指紋情報学習処理部１８６−
図７を参照して、図６に示すステップ２６２で実行される学習処理は、第２の照合スコアが第３の照合スコアより大きいか否かを判定するステップ２８０と、ステップ２８０において第２の照合スコアが第３の照合スコアより大きいと判定されたことに応答して実行され、学習指紋テンプレート２と入力指紋とを置換え、入力指紋を学習指紋テンプレート２として図３に示す指紋情報記憶部１８２に記憶させるステップ２８２と、ステップ２８０において第２の照合スコアが第３の照合スコア以下であると判定されたことに応答して実行され、学習指紋テンプレート１と入力指紋とを置換え、入力指紋を学習指紋テンプレート１として図３に示す指紋情報記憶部１８２に記憶させるステップ２８４とを含む。ステップ２８２及び２８４の後、学習処理は終了する。

<動作>
この第１の実施の形態に係る指紋認証装置は以下のように動作する。この装置の動作フェーズには指紋情報登録処理と、照合処理との二つの動作フェーズがある。照合処理はさらに、実際の照合を行なう処理と、照合結果に応じて指紋情報記憶部の学習指紋テンプレートの学習を行なう学習処理との二つに分けられる。以下、これら三つの処理について、指紋認証装置の動作を説明する。

（１）指紋情報登録処理
本実施の形態では、指紋テンプレートを登録する際、３種類の指紋情報を登録する。図４のステップ２００〜ステップ２１４から明らかなように、所定の品質をクリアした三つの採取指紋を指紋テンプレートの候補とする。ここで所定の品質をクリアした指紋のみを使用するのは、指紋センサ９０に対して適正ではない指の置き方をしたり、指に怪我をしていたりする等の原因によって、照合に適さない指紋情報が登録されてしまうことを排除するためである。品質スコアがあるしきい値以上に達していればこれを登録し、達していなければ登録をせず再度指紋入力を促す。

さらに、図５のステップ２１６〜ステップ２２６により明らかなように、取得した指紋情報同士を照合し、照合がＯＫとなった指紋情報のみをテンプレートとして登録する。これは、登録されるテンプレートがいずれも同一人物の指紋であることを確実にし、他人の指紋情報を誤って登録しないようにするための処理である。

次に、ステップ２２８〜ステップ２３４から分かるように、三つの採取指紋のうち、ステップ２１０（図４参照）で算出された品質が最も高いものを登録指紋テンプレートとして記録し、２番目に品質の高い指紋を学習指紋テンプレート１として記録し、最も品質の低い指紋を学習指紋テンプレート２として記録する。

なお、指紋テンプレートとして登録する指紋情報の数は、必ずしも３である必要はなく、必要とするセキュリティレベル等の事情において変化させることができる。

図８に、より具体的な登録の状態を模式的に示す。図８を参照して、指紋センサ９０を用い、ユーザの手３００の人差し指の画像３１０、３１２及び３１４を取得する。これらの画像から得られた指紋情報の品質が、それぞれ品質スコアの値で６０、５０及び４０であったものとする。この場合、品質スコアが６０の指紋から得られた指紋情報を登録指紋テンプレートとし、品質スコアが５０の指紋から得られた指紋情報を学習指紋テンプレート１とし、品質スコアが４０の指紋から得られた指紋情報を学習指紋テンプレート２として登録する。

（２）照合処理
本実施の形態では、指紋照合の際には、入力された指紋と、登録されている複数の指紋テンプレートとの間の比較を行なう。図６に示すステップ２５０〜ステップ２５４により、入力指紋と、登録指紋テンプレート、学習指紋テンプレート１及び学習指紋テンプレート２とを照合し、その結果得られた照合スコアを第１〜第３の照合スコアとして保持する。なお、指紋情報登録処理における照合処理と同様、照合アルゴリズムは任意のものを採用することが可能である。図６のステップ２５６においてこれらスコアの平均値を算出し、平均照合スコアとして記録する。

ここで、照合スコアとは、入力指紋情報と指紋テンプレートとがどの程度類似しているかを示す、類似度合いを示す尺度であり、スコアが高いほど両指紋情報が同一である可能性が高いような尺度である。

図６のステップ２５８では、このようにして算出された平均照合スコアが所定のしきい値Ｔ_１より大きいか否かを判定する。平均照合スコアがしきい値Ｔ_１より大きい場合には、ステップ２６０において照合が成功した旨の情報が図３に示す制御処理部１５４に対して出力される。制御処理部１５４は、この情報に応答して、被制御機器部１５６の動作を可能にする。なお、さらにこの後、ステップ２６２において、以下のようにして学習処理を実行する。

（３）学習処理
図７を参照して、学習処理では、学習指紋テンプレート１に対して算出された第２の照合スコアが、学習指紋テンプレート２に対して算出された第３の照合スコアより大きいか否かを判定し、判定結果がＹＥＳであればステップ２８２に、それ以外の場合にはステップ２８４に進んでそれらの処理を行なう。

ステップ２８２では、学習指紋テンプレート２と入力指紋とを置換え、処理を終了する。すなわち、類似度が最も小さいことを示す照合スコアに対応する学習指紋テンプレート２を入力指紋から得られた指紋情報で置換して、新たな学習指紋テンプレート２として指紋情報記憶部１８２（図３参照）に記憶させる。一方ステップ２８４では、学習指紋テンプレート１と入力指紋とを置換え、処理を終了する。すなわち、類似度が最も小さいことを示す照合スコアに対応する学習指紋テンプレート１を入力指紋から得られた指紋情報で置換して、新たな学習指紋テンプレート１として指紋情報記憶部１８２に記憶させる。

再び図６を参照して、ステップ２５８において、平均照合スコアがしきい値Ｔ_１以下であると判定された場合、ステップ２６４では照合不可（認証失敗）を示す情報が制御処理部１５４に与えられる。制御処理部１５４はこの情報が与えられると、被制御機器部１５６の動作を可能にせず、指紋認証装置１５０から次の認証成功の指示があるまで認証画面が表示された状態を維持する。

以上の照合処理及び学習処理の結果をより具体的な例で図９を参照して説明する。図９を参照して、入力指紋３３０と、登録指紋テンプレート３１０、学習指紋テンプレート１（３１２）、及び学習指紋テンプレート２（３１４）との間でそれぞれ照合を行なった結果、第１の照合スコア、第２の照合スコア、及び第３の照合スコアがそれぞれ７０、６５及び４５であったものとする。この場合、平均照合スコアは６０となる。ステップ２５８で用いられるしきい値Ｔ_１が５５であれば、入力指紋３３０から得られる指紋情報と、学習指紋テンプレート１（３１２）及び学習指紋テンプレート２（３１４）のうち、照合スコアが低かった方の学習指紋テンプレート２（３１４）が矢印３３２により示されるように入力指紋から得られた指紋情報と置換えられる。

図６のステップ２５８において用いられるしきい値Ｔ_１の値は、どのような手段で設定してもよい。ただし、多数の実験による経験的及び統計的な手段によって、この値を決定することが望ましい。すなわち、ある水準を定め、他人の指紋情報が誤って照合ＯＫと判定される確率がその水準以下となるようにこのしきい値Ｔ_１を設定すればよい。勿論、しきい値Ｔ_１は必要とするセキュリティレベル等の事情により、任意の値に変更することが可能である。

以上の説明から明らかなように、本実施の形態では、登録指紋テンプレートは認証が成功した場合でも入力される指紋によって置換えられることはない。置換えられる可能性があるのは、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２であって、そのうちでも入力指紋との間の類似度が低いものが置換えられる。

以上のように本実施の形態では、照合処理において複数の指紋テンプレートと入力指紋との間で照合を行ない、得られた複数の照合スコアを使用して認証を行なう。そのため、他人の指紋情報が誤って受理され、指紋テンプレートと置換えられてしまう危険性を小さくすることができる。さらに、複数の照合スコアの平均である平均照合スコアとしきい値Ｔ_１とを比較して認証を行なうため、たまたまテンプレートの一つから得られた照合スコアが他と比較して小さかったり、テンプレートの一つから得られた照合スコアが他と比較して大きかったりした場合でも、照合結果に与える影響が小さくなり安定した判定を行なうことができる。

また、本実施の形態では、学習処理において、三つの指紋テンプレートのうち、登録指紋テンプレートについては置換えの対象から外している。したがって、他人の入力指紋情報が誤って受理された場合であっても、登録指紋テンプレートは決して置換えられず、その結果全ての指紋テンプレートが他人の指紋情報に置換わってしまうことはない。また、万が一他人の指紋情報が学習指紋テンプレートとして登録されてしまった場合でも、次回の照合時にこの学習指紋テンプレートを正しい指紋情報から得られたテンプレートで置換することが可能である。またこの学習処理では、登録指紋テンプレートは置換されないものの、学習指紋テンプレートとしては、常に最新の指紋状態に近い指紋情報が登録される。そのため、気候又は季節の変化等の外的要因に伴う指紋の状態の変化に対しても、柔軟かつ安全に照合処理を行なうことができる。

なお、既に述べたように上記実施の形態では登録指紋テンプレートの数は一つ、学習指紋テンプレートの数は二つとなっている。しかし本発明はそのような実施の形態には限定されない。登録指紋テンプレートの数を２以上としてもよく、学習指紋テンプレートの数を１又は３以上の数としてもよい。

［第２の実施の形態］
以下に述べる第２の実施の形態に係る指紋認証装置は、第１の実施の形態と概略で同様である。しかし、以下に述べるように、照合処理及び学習処理において第１の実施の形態におけるプログラムを多少変更する。

〈照合処理〉
図１０を参照して、この第２の実施の形態における照合処理では、図６に示す照合処理のプログラムのステップ２５０と２５２との間に設けられ、ステップ２５０で得られた第１の照合スコアが予め定められたしきい値より大きいか否かを判定し、大きい場合にはステップ２５２に、それ以外の場合にはステップ２６４に、それぞれ制御を分岐させる処理を行なうステップ３５０と、図６に示すステップ２５２と２５４との間に設けられ、ステップ２５２で得られた第２の照合スコアがしきい値より大きいか否かを判定し、大きい場合にはステップ２５４に、それ以外の場合にはステップ２６４に、それぞれ制御を分岐させるステップ３５２と、図６に示すステップ２５４と２５６との間に設けられ、ステップ２５４で得られた第３の照合スコアがしきい値より大きいか否かを判定し、大きい場合にはステップ２５６に、それ以外の場合にはステップ２６４に、制御を分岐させる処理を行なうステップ３５４とを含む。

また、図６に示すステップ２６２に代えて、後述するように乖離照合カウント数Ｃ０を用いた学習処理を行なうステップ３５６を含む。ステップ３５６で実行される学習処理については図１１を参照して後述する。

このようなプログラムを実行すると、入力指紋と登録指紋テンプレート、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２との間で算出された照合スコアが、いずれも所定のしきい値より大きくなければ照合不可という判定結果となる。そして、これら照合スコアが全てしきい値より大きくかつ平均照合スコアが平均照合スコア用のしきい値Ｔ_１より大きい場合に初めて照合ＯＫとなる。したがって、照合時に各照合スコアがそれぞれのしきい値をクリアする必要がある。このしきい値を以下「最低照合スコア」と呼ぶ。なお、本実施の形態では各テンプレート毎に最低照合スコアは異なるものとする。

〈学習処理〉
図１１に本実施の形態に係る学習処理（図１０のステップ３５６で実行される処理）を実現するプログラムのフローチャートを示す。本実施の形態では、第１の実施の形態と同様に一つの登録指紋テンプレート、及び二つの学習指紋テンプレートを使用する。第１の実施の形態では、照合が成功するたびに照合スコアの低い学習指紋テンプレートが入力指紋から得られた指紋情報と置換されている。しかしこの第２の実施の形態では、照合が成功するたびに学習指紋テンプレートを入れ替えるのではなく、照合毎に二つの学習指紋テンプレートの照合スコアを比較する処理を繰返し、一方の学習指紋テンプレートの照合スコアが他方の学習指紋テンプレートの照合スコアを上回った回数が所定のしきい値以上となった時にのみ、その他方の学習指紋テンプレートを入力指紋から得られた指紋情報で置換する。

こうした処理を実行するために、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２に対し、それぞれ第１及び第２の照合カウント数Ｃ１及びＣ２という属性を追加し、これを用いて上記した処理を行なう。また第１及び第２の照合カウント数Ｃ１及びＣ２の差の絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜を、Ｃ１の値とＣ２の値との乖離の程度を示す値として「乖離照合カウント数」と呼び、Ｃ０で表す。

図１１を参照してこのプログラムは、学習指紋テンプレート１に対して算出された第２の照合スコアと学習指紋テンプレート２に対して算出された第３の照合スコアとの差を算出し、その差が０か、正か、負かにより、制御を三つに分岐させるステップ４００と、ステップ４００において差が０に等しいと判定されたことに応答して実行され、第１、第２の照合カウント数Ｃ１、Ｃ２をいずれも１インクリメントさせる処理を行なうステップ４０２と、ステップ４００において差が正であると判定されたことに応答して実行され、第１の照合カウント数Ｃ１を１インクリメントする処理を行なうステップ４０４と、ステップ４００において差が負であると判定されたことに応答して実行され、第２の照合カウント数Ｃ２を１インクリメントする処理を行なうステップ４０６と、ステップ４０２、４０４及び４０６の後に実行され、絶対値｜Ｃ１−Ｃ２｜を乖離照合カウント数Ｃ０として記録するステップ４０８とを含む。

なお、第１及び第２の照合カウント数Ｃ１、Ｃ２がインクリメントされる値は、必ずしも１回の照合に対し１である必要はなく、照合スコアなどを考慮し可変としても良い。例えば、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２に対応する照合スコアである、第２の照合スコアおよび第３の照合スコアがそれぞれ、６５と３０である場合、通常であれば照合カウント数Ｃ１に１インクリメントするところを２インクリメントしてもよい。これは、第２の照合スコアが第３の照合スコアの２倍以上の値になっており、即ち、学習指紋テンプレート１の信頼性が高く、学習指紋テンプレート２の信頼性が低いことをより顕著に示していると推測されるからである。即ち、得られた照合スコアの値から学習指紋テンプレートの信頼度を推測し、インクリメントする値を可変としても良い。この場合、照合カウント数Ｃ１、Ｃ２は照合回数そのものではなく、照合回数に信頼度を加味した照合カウント数（選択回数データ）を意味する。

このプログラムはさらに、ステップ４０８の後に実行され、乖離照合カウント数Ｃ０が所定のしきい値Ｔ_２より大きいか否かを判定し、判定結果に応じて制御を分岐させる処理を行なうステップ４１０と、ステップ４１０において乖離照合カウント数Ｃ０がしきい値Ｔ_２より大きいと判定されたことに応答して実行され、第１の照合カウント数Ｃ１と第２の照合カウント数Ｃ２との差が正か否かを判定し、判定結果に応答して制御を分岐させる処理を行なうステップ４１２とを含む。

このプログラムはさらに、ステップ４１２においてＣ１−Ｃ２が正であると判定されたことに応答して実行され、図７のステップ２８２と同様、学習指紋テンプレート２と入力指紋から得られた指紋情報とを置換える処理を行なうステップ４１４と、ステップ４１２において差Ｃ１−Ｃ２が０以下であると判定されたことに応答して実行され、図７に示すステップ２８４と同様、学習指紋テンプレート１と入力指紋から得られた指紋情報とを置換える処理を行なうステップ４１６と、ステップ４１４及び４１６の後に実行され、第１及び第２の照合カウント数Ｃ１、Ｃ２に初期値として０を代入する処理を行なうステップ４１８とを含む。

ステップ４１０において乖離照合カウント数Ｃ０がしきい値Ｔ_２以下であると判定された場合、及びステップ４１８の処理が終了した場合、この学習処理は終了する。

本実施の形態では、上記した照合カウント数に基づき、所定の条件が充足されると学習指紋テンプレートを置換する。すなわち、照合が成功するたびに、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２と入力指紋との間の照合スコアを比較し、値の大きかった方の学習指紋テンプレートに対応する照合カウント数を１加算する。両者が等しい時はいずれにも１を加算する。そしてこの照合カウント数の差である乖離照合カウント数を求め、その値が所定のしきい値Ｔ_２より大きくなった場合のみ、照合カウント数が小さかった方の学習指紋テンプレートを入力指紋から得られた指紋情報と置換する。そしてこの場合、照合カウント数Ｃ１及びＣ２にいずれも初期値として０を代入する。乖離照合カウント数がＴ_２以下である場合には何もしない。

したがって、学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２の照合スコアが拮抗している、即ち照合カウント数が拮抗している場合は、これら学習指紋テンプレートはいずれも入力指紋から得られた指紋情報と置換されず長期間使用されることとなる。乖離照合カウント数が大きくなるということは、一方の学習指紋テンプレートの照合スコアが他方より小さくなる状態が長期間続いている、ということであるから、その学習指紋テンプレートは入力される指紋情報とかなり異なっていると考えられる。そうした場合にはその学習指紋テンプレートは入力指紋から得られた指紋情報と置換される。

したがって、信頼性の高い学習指紋テンプレートは長期間使用され、信頼性の低い学習指紋テンプレートは比較的早い時期に新たな指紋情報と置換えられることになる。

本実施の形態では、次のような効果が得られる。第１の実施の形態では、三つの照合スコアの平均照合スコアを使用して照合の成功／失敗を判定していた。しかしこの場合、照合スコアが極端に偏っている場合、以下に述べるように他人の指紋を受理してしまう危険性がある。例えば第１の照合スコア＝９０、第２の照合スコア＝７０、第３の照合スコア＝５のようにスコアに極端な偏りがあっても、平均照合スコアは５５となる。例えばしきい値Ｔ_１の値が５４以下であれば、入力される指紋を受理してしまう。こうした場合、少なくとも第３の照合スコアの値が５と非常に低い値であるから、入力される指紋が他人の指紋である危険性は比較的高い。にも関わらずこの指紋を受理してしまうという問題がある。

これに対し本実施の形態では、各指紋テンプレートに対して、最低限クリアすべき照合スコアである最低照合スコアを設け、各指紋テンプレートについて得られた照合スコアがそれら最低照合スコアよりも大きい場合のみ、平均スコアを利用した照合処理を行ない、それ以外の場合には入力された指紋は受理しない。したがって、他人を誤って受理してしまう危険性をより小さくすることができる。また本実施の形態では、学習処理において、入力される指紋との間で算出される照合スコアが他の学習指紋テンプレートよりも低いことが多い学習指紋テンプレートを、乖離照合カウント数を用いて入力指紋から得られた指紋情報と置換える。最新の指の状態と相違の大きな学習指紋テンプレートを早期に新しいものと置換えることで、保持する学習指紋テンプレートを常に最新の指の状態に近いものとすることができる。その結果、指の状態に対する外的要因による影響を受けにくくすることができ、照合を信頼性の高いものにすることができる。

学習指紋テンプレート１および学習指紋テンプレート２の双方とも、ある程度の照合カウント数がある場合、すなわち双方の照合カウント数が均衡している場合を考える。このような場合は双方の学習指紋テンプレートにより照合実績がある程度あるものと考えられる。このような場合には、第１の実施の形態で示すように、照合が成功した場合、その１回の照合結果のみに基づいて学習指紋テンプレートを置換えることは、学習指紋テンプレートの信頼性を落とす危険性がある。第１の実施の形態では次の照合時に再度その学習指紋テンプレートを排除できる可能性はあるが、できればそのような危険性を小さくする方が望ましい。

本実施の形態では、乖離照合カウント数を用いてそのような危険性を小さくしている。乖離照合カウント数が大きいということは、いずれか一方の学習指紋テンプレートが、入力指紋との間の相違が比較的大きい指紋テンプレートであることを示す。このような指紋テンプレートを最新の指紋状態である入力指紋と置換えることにより、保持している学習指紋テンプレートを、最新の指紋の状態が反映したものに維持することができる。結果として、入力指紋の照合の際、肌の乾燥又は湿潤等の外的要因による認証の信頼性に対する影響を小さくすることができる。

なお、乖離照合カウント数と比較されるしきい値Ｔ_２の値については、多数の実験等により、経験的及び統計的な手段により決定することが望ましい。

なお、この実施の形態では、学習指紋テンプレートが２個のみであったため、上記したような処理をしている。換言すると、置換される学習指紋テンプレートは、照合スコアが低い方のテンプレートであるため、本実施の形態では、実は、照合スコアが他の学習指紋テンプレートの照合スコアよりも低かった回数が他よりも多い学習指紋テンプレートを検出し、その学習指紋テンプレートを最新の指紋情報で置換する、という方法であるということもできる。そのような考え方からすると、上記実施の形態で、照合スコアの大きい方の照合カウント数の値を１加算するのに代えて、照合スコアの小さい方の照合カウント数を１加算するようにしても全く同じ結果が得られる。

仮に学習指紋テンプレートが３個以上の場合には、例えば、入力される指紋情報との照合スコアが最も小さかった学習指紋テンプレートを選択し、そのたびに、その学習指紋テンプレートのための照合カウント数に１を加算するようにすればよい。そして、例えば、他のいずれの学習指紋テンプレートの照合カウント数の値よりも所定の値以上大きくなった照合カウント数が検出されれば、その照合カウント数に対応する学習指紋テンプレートを、最新の指紋情報で置換する。そうした処理で、最近の指紋情報との相違が他の学習指紋テンプレートよりも大きいことが多かった学習指紋テンプレートを最新の指紋情報で置換することによって、学習指紋テンプレートに最近のユーザの指紋の状態を反映させることができる。

逆に、入力される指紋情報との照合スコアが最も大きかった学習指紋テンプレートを選択し、そのたびに、その学習指紋テンプレートのための照合カウント数に１を加算するようにしてもよい。そして、例えば、他のいずれの学習指紋テンプレートの照合カウント数の値よりも所定の値以上小さくなった照合カウント数が検出されれば、その照合カウント数に対応する学習指紋テンプレートを、最新の指紋情報で置換する。そうした処理で、最近の指紋情報との相違が他の学習指紋テンプレートよりも大きいことが多かった学習指紋テンプレートを最新の指紋情報で置換することによって、学習指紋テンプレートに最近のユーザの指紋の状態を反映させることができる。

以上、本発明を指紋認証装置を例として説明した。しかし本発明は指紋を用いた生体認証に限られることはなく、生体認証のためのテンプレートを複数保持し、入力情報とテンプレートとの類似度を示す照合スコアを比較して本人を認証するものであればいずれにも適用することができる。例えば、指紋のほかに掌形、顔、虹彩、声紋、手又は腕等の血管パターン、署名、署名時の筆圧変化、網膜パターン等を用いた生体認証のいずれにも本発明を適用することができる。また、生体情報の照合アルゴリズムとしては、照合のためのスコアを算出するものであればどのようなものを用いることもできる。

なお、本発明の構成要件となる各機能の全部又は一部をロジック回路からなるハードウェアで実現することも、当然に可能である。さらに、組込機器に、上記機能を実現するファームウェアを組込むことにより、生体認証装置を実現することも可能である。

今回開示された実施の形態は単に例示であって、本発明が上記した実施の形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、発明の詳細な説明の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含む。

本発明の第１の実施の形態を実現するコンピュータシステム２０の外観を示す図である。図１に示すコンピュータシステム２０のハードウェア構成を示すブロック図である。第１の実施の形態に係る指紋認証装置１５０のブロック図である。第１の実施の形態に係る指紋認証装置を実現するコンピュータプログラムのうち、指紋情報登録処理を実現するプログラムの制御構造の前半のフローチャートである。指紋情報登録処理のプログラムの制御構造の後半を示すフローチャートである。第１の実施の形態に係る指紋認証装置の指紋情報照合処理部を実現するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。第１の実施の形態に係る指紋認証装置１５０の指紋情報学習処理を実現するためのプログラムのフローチャートである。第１の実施の形態における指紋登録処理を模式的に示す図である。第１の実施の形態における指紋情報照合処理及び指紋情報学習処理の概略を模式的に示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る指紋認証装置における指紋情報照合処理を実現するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る指紋認証装置において指紋テンプレートの学習処理を実現するプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

９０指紋センサ
１００コンピュータ
１５０指紋認証装置
１５２入出力装置
１５４制御処理部
１５６被制御機器部
１５８記憶装置
１８０指紋情報登録処理部
１８２指紋情報記憶部
１８４指紋情報照合処理部
１８６指紋情報学習処理部

Claims

生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、
前記生体認証のための生体情報を受け、前記複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて前記生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段とを含む生体認証装置であって、
前記複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、前記生体認証装置の動作時に置換対象とされる複数個の学習生体情報テンプレートとを含み、
前記生体認証装置は、前記判定手段により生体情報を受理すると判定されたことに応答して、前記複数個の学習生体情報テンプレートについて算出された前記照合スコアのうち、類似度が最も小さいことを表す照合スコアに対応する学習生体情報テンプレートを前記生体情報で置換して、新たな学習生体情報テンプレートとして前記記憶手段に記憶させるためのテンプレート置換手段をさらに含み、
前記判定手段は、
前記登録生体情報テンプレート及び前記学習生体情報テンプレートの各々と、前記生体情報に対する類似度を表す照合スコアを算出するための照合スコア算出手段と、
前記照合スコア算出手段により算出された照合スコアの平均値である平均スコアを算出するための平均スコア算出手段と、
前記平均スコア算出手段により算出された前記平均スコアが所定の第１のしきい値以上でかつ前記照合スコア算出手段により算出された照合スコアの各々がそれぞれ対応する所定の第２のしきい値以上の場合には前記生体情報を受理し、それ以外の場合には前記生体情報を棄却するための手段とを含む、生体認証装置。
前記登録生体情報テンプレートと、前記学習生体情報テンプレートとを前記記憶手段に記憶するためのテンプレート登録手段をさらに含み、
前記テンプレート登録手段は、
前記生体認証のための生体情報を複数個受け、各々の品質スコアを算出するための品質スコア算出手段と、
前記複数個の生体情報のうち、前記品質スコア算出手段により算出された品質スコアが予め定められた値以上である生体情報を、品質スコアの高いものから順に前記登録生体情報テンプレートとして選択し、さらにその後前記学習生体情報テンプレートとして選択するための選択手段と、
前記選択手段により選択された生体情報のうち、前記品質スコア算出手段により算出された品質スコアが高いものから順に前記登録生体情報テンプレートとして前記記憶手段に記憶させ、その他のものを前記学習生体情報テンプレートとして前記記憶手段に記憶させるための手段とを含む、請求項１に記載の生体認証装置。
コンピュータにより実行されると、当該コンピュータを、
前記記憶装置に生体認証のための複数個の生体情報テンプレートを記憶するための記憶手段と、
前記生体認証のための生体情報を受け、前記複数個の生体情報テンプレートとの類似度をそれぞれ表す複数個の照合スコアを算出し、当該複数個の照合スコアに基づいて前記生体情報を受理するか否かを判定して判定結果を示す信号を出力するための判定手段として機能させる生体認証プログラムであって、
前記複数個の生体情報テンプレートは、固定的に登録されている登録生体情報テンプレートと、プログラムの動作時に置換対象となる複数個の学習生体情報テンプレートとを含み、
前記生体認証プログラムはさらに、前記判定手段により生体情報を受理すると判定されたことに応答して、前記複数個の学習生体情報テンプレートについて算出された前記照合スコアのうち、類似度が最も小さいことを表す照合スコアに対応する学習生体情報テンプレートを前記生体情報で置換して、新たな学習生体情報テンプレートとして前記記憶手段に記憶させるためのテンプレート置換手段として前記コンピュータを機能させ、
前記生体認証プログラムは、前記判定手段として前記コンピュータを機能させるために、前記コンピュータを、
前記登録生体情報テンプレート及び前記学習生体情報テンプレートの各々と、前記生体情報に対する類似度を表す照合スコアを算出するための照合スコア算出手段と、
前記照合スコア算出手段により算出された照合スコアの平均値である平均スコアを算出するための平均スコア算出手段と、
前記平均スコア算出手段により算出された前記平均スコアが所定の第１のしきい値以上でかつ前記照合スコア算出手段により算出された照合スコアの各々がそれぞれ対応する所定の第２のしきい値以上の場合には前記生体情報を受理し、それ以外の場合には前記生体情報を棄却するための手段として機能させる、生体認証プログラム。