JP6801435B2 - 生体認証装置、生体認証システム、生体認証プログラム、及び生体認証方法 - Google Patents

生体認証装置、生体認証システム、生体認証プログラム、及び生体認証方法 Download PDF

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Description

本発明は、生体認証装置、生体認証システム、生体認証プログラム、及び生体認証方法に関する。
生体認証技術は、指紋、掌紋、掌形、静脈、顔等の生体特徴を用いて、本人確認を行う技術である。本人確認の際に、認証対象の生体から取得した生体特徴が予め登録されている生体特徴と比較(照合)され、両者の間の類似度に基づいて、認証対象の生体に対する認証が行われる。
例えば、静脈認証は、皮下の静脈パターンを撮影して取得した生体特徴に基づく生体認証技術である。静脈パターンは体内の情報であるため、静脈認証は、身体表面の情報である指紋、掌紋、掌形、顔等に基づく生体認証と比較して、安全性が高いという特徴がある。静脈認証を行う際、生体に照明光を照射して静脈パターンが撮影される。
可視光及び赤外光を照明光として用いる生体認証技術も知られている(例えば、特許文献1及び特許文献2を参照)。撮影画像から外光の影響を除去する技術も知られている(例えば、特許文献3及び特許文献4を参照)。
国際公開第2013/146761号パンフレット 特開2009−238005号公報 特開2002−10030号公報 特開2003−187230号公報
生体に照明光を照射して静脈パターン等の生体画像を撮影する場合、撮影装置を使用する環境に存在する環境光(外光)が撮影画像に影響を及ぼすことがある。認証対象の生体の撮影画像が外光の影響を受けると、撮影画像から取得される生体特徴と登録されている生体特徴との間の類似度が小さくなり、登録者本人であっても認証が失敗する可能性が高くなる。
なお、かかる問題は、静脈パターンを用いて生体認証を行う場合に限らず、別の生体特徴を用いて生体認証を行う場合においても生ずるものである。
1つの側面において、本発明は、外光環境によらずに生体認証の認証精度を向上させることを目的とする。
1つの案では、生体認証装置は、取得部、読出部、計算部、及び認証部を含む。取得部は、第1照明光又は第2照明光を認証対象の生体に照射して撮影した認証対象生体画像の特徴情報を取得する。第1照明光は、第1波長の光を含み、第2照明光は、第1波長の光と第1波長と異なる第2波長の光とを含む。
読出部は、第1生体画像の第1特徴情報と第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す。第1生体画像は、登録対象の生体に第1照明光を照射して撮影した生体画像であり、第2生体画像は、登録対象の生体に第2照明光を照射して撮影した生体画像である。計算部は、認証対象生体画像の特徴情報と読出部が読み出した特徴情報との間の類似度を計算し、認証部は、計算部が計算した類似度に基づいて、認証対象の生体の認証を行う。
実施形態によれば、外光環境によらずに生体認証の認証精度を向上させることができる。
外光の分光分布を示す図である。 照明光の分光分布を示す図である。 生体認証装置の機能的構成図である。 生体認証処理のフローチャートである。 生体認証装置の第1の具体例を示す機能的構成図である。 生体センサの構成図である。 登録処理のフローチャートである。 生体認証処理の第1の具体例を示すフローチャートである。 生体認証装置の第2の具体例を示す機能的構成図である。 生体認証処理の第2の具体例を示すフローチャートである。 生体認証装置の第3の具体例を示す機能的構成図である。 生体認証処理の第3の具体例を示すフローチャートである。 第1の生体認証システムの機能的構成図である。 第2の生体認証システムの機能的構成図である。 第3の生体認証システムの機能的構成図である。 情報処理装置の構成図である。
以下、図面を参照しながら、実施形態を詳細に説明する。
上記特許文献3又は特許文献4には、外光が存在する環境において、撮影画像から外光の影響を除去する技術が開示されている。この技術では、光源を消灯して被写体を撮影することで照明OFF画像が取得され、光源を点灯して被写体を撮影することで照明ON画像が取得される。そして、照明ON画像内の画素毎に、照明ON画像と照明OFF画像との輝度値の差分を求めることにより、外光の影響を除去した画像が生成される。
しかしながら、可視光と近赤外光のように、複数の波長の光を照明光として用いる場合、撮影装置は、それらの波長を含む広い帯域の光を受光する。例えば、このような撮影装置がタブレット等の携帯端末装置に搭載され、屋外の太陽光の下で使用されると、照明光の強度に対する外光の強度の比率が非常に大きくなる。このため、照明ON画像と照明OFF画像との差がほとんどなくなり、輝度値の差分を求める方法では、外光の影響を除去することが困難になる。
そこで、輝度値の差分を求めて外光の影響を除去するのではなく、撮影装置を使用する環境に合わせて、強度が不足している波長成分の光を補完する照明光を用いることによって、登録時の環境を再現し、認証精度を高める方法が考えられる。
図1は、様々な環境における外光の分光分布の例を示している。この例では、外光の波長成分の強度分布が、可視光成分と近赤外光成分とに分けて模式的に示されている。図1(a)は、屋外の太陽光環境における分光分布の例を示している。太陽光環境では、短波長の紫外線から長波長の赤外線まで、ほぼ一定の強度の波長成分が存在するため、可視光101及び近赤外光102ともに大きな強度を有する。
図1(b)は、屋内の蛍光灯環境における分光分布の例を示している。蛍光灯は、近赤外光の波長成分が非常に少ないため、可視光111の強度は大きく、近赤外光112の強度は小さい。図1(c)は、暗い場所における分光分布の例を示している。暗い場所では照明光が存在しないため、可視光121及び近赤外光122ともに強度が極めて小さくなる。
図2は、図1に示したそれぞれの環境において、強度が不足している波長成分の光を補完する照明光の分光分布の例を示している。図2(a)は、太陽光環境における照明光の分光分布の例を示している。太陽光環境では、図1(a)に示したように、可視光101及び近赤外光102ともに十分な強度を有するため、必ずしも可視光201及び近赤外光202を照明光として照射する必要はない。
図2(b)は、蛍光灯環境における照明光の分光分布の例を示している。蛍光灯環境では、図1(b)に示したように、可視光111は十分な強度を有するが、近赤外光112の強度が小さい。このため、必ずしも可視光211を照明光として照射する必要はないが、近赤外光212を照明光として照射することが望ましい。図2(c)は、暗い場所における照明光の分光分布の例を示している。暗い場所では、図1(c)に示したように、可視光121及び近赤外光122ともに強度が極めて小さいため、可視光221及び近赤外光222を照明光として照射することが望ましい。
撮影装置を用いて生体画像を取得する際に、外光の分光分布に合わせて照明光を制御することが理想的ではあるが、外光の分光分布を正確に計測する計測装置をタブレット等の携帯端末装置に搭載すると、携帯端末装置のサイズ及びコストが増大する。そこで、そのような計測装置を搭載することなく、すべての環境に対応した生体画像を撮影する方法について検討する。
例えば、図2(b)に示したように、近赤外光212のみを生体に照射することで、蛍光灯環境に対応した生体画像を撮影することができる。また、図2(c)に示したように、可視光221及び近赤外光222を生体に照射することで、暗い場所に対応した生体画像を撮影することができる。
一方、図1(a)に示した太陽光環境では、外光である可視光101及び近赤外光102の強度が、暗い場所に対応した照明光である可視光221及び近赤外光222の強度よりも十分大きい。このため、可視光221及び近赤外光222を照射した場合であっても、照明光を一切照射しない場合とほぼ同様の生体画像が得られる。したがって、可視光221及び近赤外光222を生体に照射することで、暗い場所に対応した生体画像だけではなく、太陽光環境に対応した生体画像を撮影することも可能である。
このように、図2(b)及び図2(c)の2種類の照明パターンを併用することで、外光の分光分布を計測することなく、すべての環境に対応した生体画像を撮影することが可能になる。
図3は、生体認証装置の機能的構成例を示している。図3の生体認証装置301は、取得部311、読出部312、計算部313、及び認証部314を含む。
図4は、図3の生体認証装置301が行う生体認証処理の例を示すフローチャートである。まず、取得部311は、第1照明光又は第2照明光を認証対象の生体に照射して撮影した認証対象生体画像の特徴情報を取得する(ステップ401)。第1照明光は、第1波長の光を含み、第2照明光は、第1波長の光と第1波長と異なる第2波長の光とを含む。
次に、読出部312は、第1生体画像の第1特徴情報と第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す(ステップ402)。第1生体画像は、登録対象の生体に第1照明光を照射して撮影した生体画像であり、第2生体画像は、登録対象の生体に第2照明光を照射して撮影した生体画像である。
計算部313は、認証対象生体画像の特徴情報と読出部312が読み出した特徴情報との間の類似度を計算し(ステップ403)、認証部314は、計算部313が計算した類似度に基づいて、認証対象の生体の認証を行う(ステップ404)。
このような生体認証装置301によれば、外光環境によらずに生体認証の認証精度を向上させることができる。
図5は、図3の生体認証装置301の第1の具体例を示している。図5の生体認証装置501は、取得部311、読出部312、計算部313、認証部314、生体センサ511、制御部512、及び記憶部513を含む。
図6は、図5の生体センサ511の構成例を示している。図6の生体センサ511は、光源611、光源612、及び撮像部613を含む。光源611及び光源612は、Light-Emitting Diode(LED)のような発光部を含む。光源611は、第1波長を含む長波長帯域の光を放射し、光源612は、第1波長と異なる第2波長を含む短波長帯域の光を放射する。撮像部613は、撮像素子を含み、登録対象又は認証対象の生体601が反射する戻り光を受光することで、生体601を撮影する。
ところで、先願である特願2015−062462号には、700nm以上の長波長(赤〜近赤外)の光と、600nm以下の短波長(青〜緑)の光とを順次生体に照射して、波長毎の画像を観測することで、精度良く静脈を観測する技術が記載されている。この技術では、カメラの受光素子の画素毎に、異なる分光透過特性を有するフィルタが設けられる。
静脈を観測する際、手のひらに長波長の光を照射し、長波長の光の透過率が高い長波長フィルタを通して撮影することで、手のひらの表面のしわ等と皮下組織に存在する静脈パターンの両方の情報を含む画像が撮影される。また、手のひらに短波長の光を照射し、短波長の光の透過率が高い短波長フィルタを通して撮影することで、手のひらの表面の情報のみを含む画像が撮影される。そして、2つの画像を用いた所定の演算によって、長波長の光を用いて撮影した画像から手のひらの表面の情報が除去され、静脈パターンの情報が抽出される。
このような先願の技術を図6の生体センサ511に適用した場合、光源611は、700nm以上の長波長の光を放射し、光源612は、600nm以下の短波長の光を放射する。長波長の光としては、例えば、赤の可視光又は近赤外光を用いてもよく、短波長の光としては、例えば、青又は緑の可視光を用いてもよい。撮像部613は、異なる分光透過特性を有する複数のフィルタを含み、フィルタを通して生体601を撮影する。複数のフィルタとしては、例えば、RGBフィルタのような原色フィルタ、YMCフィルタのような補色フィルタ等が用いられる。
生体601が登録対象である場合、制御部512は、光源611が放射する光を照明光として生体601に照射し、撮像部613は、画素値を取得部311へ出力する。取得部311は、撮像部613が出力する画素値をキャプチャして生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報521を抽出して、記憶部513に格納する。
また、制御部512は、光源611及び光源612が放射する光を照明光として生体601に照射し、撮像部613は、画素値を取得部311へ出力する。取得部311は、撮像部613が出力する画素値をキャプチャして生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報522を抽出して、記憶部513に格納する。記憶部513は、特徴情報521及び特徴情報522を、登録テンプレートとして記憶する。
一方、生体601が認証対象である場合、制御部512は、光源611が放射する光を照明光として生体601に照射し、撮像部613は、画素値を取得部311へ出力する。取得部311は、撮像部613が出力する画素値をキャプチャして生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報531を抽出して、記憶部513に格納する。
また、制御部512は、光源611及び光源612が放射する光を照明光として生体601に照射し、撮像部613は、画素値を取得部311へ出力する。取得部311は、撮像部613が出力する画素値をキャプチャして生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報532を抽出して、記憶部513に格納する。記憶部513は、特徴情報531及び特徴情報532を、認証対象生体画像の特徴情報として記憶する。
読出部312は、記憶部513から認証対象生体画像の特徴情報及び登録テンプレートを読み出し、計算部313は、認証対象生体画像の特徴情報と登録テンプレートとの間の類似度を計算する。このとき、計算部313は、特徴情報531と特徴情報521との間の類似度、特徴情報531と特徴情報522との間の類似度、特徴情報532と特徴情報521との間の類似度、及び特徴情報532と特徴情報522との間の類似度を計算する。
認証部314は、例えば、計算部313が計算した4つの類似度のうち最大の類似度を閾値と比較して、認証対象の生体601の認証成否を判定し、判定結果を出力する。類似度が閾値よりも大きい場合、認証成功を示す判定結果が出力され、類似度が閾値よりも小さい場合、認証失敗を示す判定結果が出力される。
図7は、図5の生体認証装置501が行う登録処理の例を示すフローチャートである。まず、生体センサ511は、光源611及び光源612を点灯して、光源611及び光源612の照明光を生体601に照射する(ステップ701)。そして、取得部311は、生体センサ511が出力する画素値から生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報522を抽出する(ステップ702)。
次に、生体センサ511は、光源611を点灯し、光源612を消灯して、光源611の照明光を生体601に照射する(ステップ703)。そして、取得部311は、生体センサ511が出力する画素値から生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報521を抽出する(ステップ704)。次に、取得部311は、特徴情報521及び特徴情報522を記憶部513に登録する(ステップ705)。
図7の登録処理において、ステップ701及びステップ702の処理と、ステップ703及びステップ704の処理の順序を入れ替えても構わない。
図8は、図5の生体認証装置501が行う生体認証処理の第1の具体例を示すフローチャートである。まず、生体センサ511は、光源611及び光源612を点灯して、光源611及び光源612の照明光を生体601に照射する(ステップ801)。そして、取得部311は、生体センサ511が出力する画素値から生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報532を抽出する(ステップ802)。
次に、生体センサ511は、光源611を点灯し、光源612を消灯して、光源611の照明光を生体601に照射する(ステップ803)。そして、取得部311は、生体センサ511が出力する画素値から生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報531を抽出する(ステップ804)。
次に、計算部313は、特徴情報531及び特徴情報532と、特徴情報521及び特徴情報522との間の4通りの組み合わせに対する4つの類似度を計算する(ステップ805)。そして、認証部314は、4つの類似度のうち最大の類似度を閾値と比較して、生体601の認証成否を判定し、判定結果を出力する(ステップ806)。
図8の生体認証処理において、ステップ801及びステップ802の処理と、ステップ803及びステップ804の処理の順序を入れ替えても構わない。
図5の生体認証装置501によれば、認証対象生体画像の特徴情報と登録テンプレートとの間のすべての組み合わせについて類似度が計算され、最大の類似度に基づいて認証成否が判定される。したがって、登録処理及び生体認証処理が行われる際の外光の分光分布が不明であっても、精度良く認証を行うことができる。
図9は、図3の生体認証装置301の第2の具体例を示している。図9の生体認証装置901は、図5の生体認証装置501に推定部911を追加した構成を有する。生体認証装置901が行う登録処理は、図7と同様である。
生体認証処理において、推定部911は、生体センサ511から出力される画素値を用いて、撮像部613の画角内の撮影領域を撮影した画像の明るさを検出し、検出した明るさから撮影領域における分光分布を推定する。この場合、生体センサ511は、光源611及び光源612を消灯して、撮影領域内に生体601が含まれない状態で、撮影領域の画像を撮影してもよい。また、生体センサ511から出力される画素値は、輝度値であってもよい。
画像の明るさのみから外光の分光分析を行うことは困難であるが、画像の明るさから外光強度が検出できるため、分光分布の傾向を推定することが可能である。例えば、太陽光環境における外光強度は数千lux〜数万luxであり、非常に大きな強度を示すが、蛍光灯環境における外光強度は数百lux〜2000lux程度である。外光強度が大きいほど画像の明るさも増加するため、次のような基準で外光の分光分布を推定することができる。
(1)画像が非常に暗い:暗い場所
(2)画像がやや明るい:蛍光灯環境
(3)画像が非常に明るい:太陽光環境
例えば、推定部911は、第1所定値と、第1所定値よりも大きな第2所定値とを用いて、外光の分光分布を推定する。推定部911は、画像の明るさが第1所定値よりも小さい場合、暗い場所であると推定し、画像の明るさが第1所定値よりも大きく、第2所定値よりも小さい場合、蛍光灯環境であると推定する。また、推定部911は、画像の明るさが第2所定値よりも大きい場合、太陽光環境であると推定する。そして、推定部911は、推定結果を制御部512及び読出部312へ出力する。
制御部512は、推定部911が出力する推定結果に基づいて照明光を選択し、選択した照明光を生体601に照射する。例えば、制御部512は、推定結果が暗い場所又は太陽光環境を示している場合、光源611及び光源612の照明光を選択し、推定結果が蛍光灯環境を示している場合、光源611のみの照明光を選択する。
生体センサ511は、選択された照明光を照射して生体601を撮影し、取得部311は、生体センサ511が出力する画素値から生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報921を抽出して、記憶部513に格納する。記憶部513は、特徴情報921を、認証対象生体画像の特徴情報として記憶する。
読出部312は、記憶部513から特徴情報921を読み出し、推定部911が出力する推定結果に基づいて、特徴情報521又は特徴情報522のうち、制御部512が選択した照明光と同じ照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す。したがって、推定結果が暗い場所又は太陽光環境を示している場合、読出部312は、光源611及び光源612の照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報522を読み出す。また、推定結果が蛍光灯環境を示している場合、読出部312は、光源611のみの照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報521を読み出す。
計算部313は、特徴情報921と、特徴情報521又は特徴情報522のうち読み出された方の特徴情報との間の類似度を計算する。認証部314は、計算部313が計算した類似度を閾値と比較して、生体601の認証成否を判定する。
図10は、図9の生体認証装置901が行う生体認証処理の第2の具体例を示すフローチャートである。まず、生体センサ511は、光源611及び光源612を消灯して撮影領域を撮影し、推定部911は、撮影領域の画像の明るさから分光分布を推定する(ステップ1001)。
次に、制御部512は、推定部911が出力する推定結果に基づいて照明光を選択し、選択した照明光を生体601に照射する(ステップ1002)。そして、取得部311は、生体センサ511が出力する画素値から生体画像を生成し、その生体画像から特徴情報921を抽出する(ステップ1003)。
次に、計算部313は、特徴情報921と、特徴情報521又は特徴情報522との間の類似度を計算する(ステップ1004)。この類似度計算では、特徴情報521又は特徴情報522のうち、ステップ1002で選択された照明光と同じ照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報が用いられる。そして、認証部314は、類似度を閾値と比較して、生体601の認証成否を判定し、判定結果を出力する(ステップ1005)。
図9の生体認証装置901によれば、生体センサ511が撮影する画像を用いて外光の分光分布が推定され、推定結果に基づいて照明光が決定され、決定された照明光に合わせて登録テンプレートが選択される。したがって、同じ照明光を用いて取得された特徴情報同士を照合することが可能になり、精度良く認証を行うことができる。さらに、認証対象生体画像の特徴情報と登録テンプレートの組み合わせが1つに限定されるため、図5の生体認証装置501と比較して、類似度計算の計算量が削減される。
図10のステップ1004において、計算部313は、特徴情報921と、特徴情報521及び特徴情報522それぞれとの間の2通りの類似度を計算することも可能である。この場合、読出部312は、記憶部513から特徴情報921、特徴情報521、及び特徴情報522を読み出す。そして、計算部313は、特徴情報921と特徴情報521との間の類似度、及び特徴情報921と特徴情報522との間の類似度を計算する。ステップ1005において、認証部314は、2つの類似度のうち最大の類似度を閾値と比較して、生体601の認証成否を判定し、判定結果を出力する。
このような生体認証処理によれば、認証対象生体画像の特徴情報と登録テンプレートの組み合わせが複数になるため、組み合わせが1つの場合よりも認証精度が向上する。特に、登録処理を行ったときの外光環境が不明である場合、複数の組み合わせを用いて判定を行うことが有効である。
図11は、図3の生体認証装置301の第3の具体例を示している。図11の生体認証装置1101は、図9の生体認証装置901に照度センサ1111を追加した構成を有する。生体認証装置1101が行う登録処理は、図7と同様である。
生体認証処理において、照度センサ1111は、光源611及び光源612を消灯した状態で、撮像部613の画角内の撮影領域の明るさを計測し、推定部911は、照度センサ1111が計測した明るさから、撮影領域における分光分布を推定する。この場合、推定部911は、生体認証装置901と同様の基準で、外光の分光分布を推定することができる。
図12は、図11の生体認証装置1101が行う生体認証処理の第3の具体例を示すフローチャートである。まず、生体センサ511は、光源611及び光源612を消灯し、照度センサ1111は、撮影領域の明るさを計測し、推定部911は、照度センサ1111が計測した明るさから分光分布を推定する(ステップ1201)。
ステップ1202〜ステップ1205の処理は、図10のステップ1002〜ステップ1005の処理と同様である。
図11の生体認証装置1101によれば、照度センサ1111が計測した明るさに基づいて外光の分光分布が推定されるため、撮影画像を用いて分光分布を推定する場合と比較して、推定精度が向上する。特に、生体認証装置1101が照度センサ1111を含む携帯端末装置である場合、新たに照度センサ1111を追加することなく、分光分布を推定することができる。
図10のステップ1004と同様に、図12のステップ1204において、計算部313は、特徴情報921と、特徴情報521及び特徴情報522それぞれとの間の2通りの類似度を計算することも可能である。
図9の生体認証装置901又は図11の生体認証装置1101において、登録処理を行う際に、生体認証処理と同様の方法で分光分布を推定し、推定結果を特徴情報521及び特徴情報522とともに記憶部513に登録しておくことも可能である。この場合、生体認証処理において、読出部312は、登録された推定結果と推定部911が出力する推定結果とを比較し、比較結果に基づいて読み出す登録テンプレートを選択することができる。
例えば、登録された推定結果と推定部911が出力する推定結果が同じ分光分布を示している場合、読出部312は、特徴情報521又は特徴情報522のうち、制御部512が選択した照明光と同じ照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報のみを読み出す。これにより、認証精度を低下させることなく、類似度計算の計算量を最小化することができる。
一方、登録された推定結果と推定部911が出力する推定結果が異なっている場合、読出部312は、特徴情報521及び特徴情報522の両方を読み出す。これにより、類似度計算の計算量は増加するが、認証精度が向上する。
図5の生体認証装置501、図9の生体認証装置901、及び図11の生体認証装置1101が有する機能は、通信ネットワークを介して接続された複数の装置に分散して実装することも可能である。
図13は、生体認証装置501の機能を分散させた第1の生体認証システムの機能的構成例を示している。図13の生体認証システムは、端末装置1301及び生体認証装置1302を含む。端末装置1301は、携帯端末装置であってもよく、生体認証装置1302は、クラウド上のサーバであってもよい。
端末装置1301は、生体センサ511、制御部512、及び通信部1311を含み、生体認証装置1302は、取得部311、読出部312、計算部313、認証部314、記憶部513、及び通信部1321を含む。通信部1311及び通信部1321は、通信ネットワークを介して互いに通信することができる。
端末装置1301の生体センサ511は、画素値を通信部1311へ出力し、通信部1311は、生体センサ511が出力する画素値を生体認証装置1302へ送信する。そして、生体認証装置1302の通信部1321は、端末装置1301から受信した画素値を取得部311へ出力する。
図14は、生体認証装置901の機能を分散させた第2の生体認証システムの機能的構成例を示している。図14の生体認証システムは、端末装置1401及び生体認証装置1402を含む。端末装置1401は、携帯端末装置であってもよく、生体認証装置1402は、クラウド上のサーバであってもよい。端末装置1401は、図13の端末装置1301に推定部911を追加した構成を有する。
端末装置1401の生体センサ511は、画素値を通信部1311へ出力し、推定部911は、外光の分光分布の推定結果を通信部1311へ出力する。通信部1311は、生体センサ511が出力する画素値と、推定部911が出力する推定結果とを、生体認証装置1402へ送信する。そして、生体認証装置1402の通信部1321は、端末装置1401から受信した画素値を取得部311へ出力し、推定結果を読出部312へ出力する。
図15は、生体認証装置1101の機能を分散させた第3の生体認証システムの機能的構成例を示している。図15の生体認証システムは、端末装置1501及び生体認証装置1502を含む。端末装置1501は、携帯端末装置であってもよく、生体認証装置1502は、クラウド上のサーバであってもよい。端末装置1501は、図14の端末装置1401に照度センサ1111を追加した構成を有する。
端末装置1501の生体センサ511は、画素値を通信部1311へ出力し、推定部911は、外光の分光分布の推定結果を通信部1311へ出力する。通信部1311は、生体センサ511が出力する画素値と、推定部911が出力する推定結果とを、生体認証装置1502へ送信する。そして、生体認証装置1502の通信部1321は、端末装置1501から受信した画素値を取得部311へ出力し、推定結果を読出部312へ出力する。
図3の生体認証装置301、図5の生体認証装置501、図9の生体認証装置901、及び図11の生体認証装置1101の構成は一例に過ぎず、生体認証装置の用途又は条件に応じて一部の構成要素を省略又は変更してもよい。例えば、図5の生体認証装置501、図9の生体認証装置901、及び図11の生体認証装置1101において、記憶部513が生体認証装置の外部に設けられる場合は、記憶部513を省略することができる。
図6の生体センサ511の構成は一例に過ぎず、生体認証装置の用途又は条件に応じて一部の構成要素を省略又は変更してもよい。例えば、光源611として、700nmとは異なる所定波長以上の光を放射する光源を用いてもよく、光源612として、600nmとは異なる所定波長以下の光を放射する光源を用いてもよい。生体センサ511は、3個以上の光源を含んでいても構わない。
図13〜図15の生体認証システムの構成は一例に過ぎず、生体認証システムの用途又は条件に応じて一部の構成要素を省略又は変更してもよい。例えば、図13〜図15の生体認証システムにおいて、取得部311を端末装置に設け、得られた特徴情報を通信部1311から通信部1312へ送信してもよい。取得部311、読出部312、計算部313、認証部314、及び記憶部513を単一の装置に設ける代わりに、複数の装置に分散して設けてもよい。図14及び図15の生体認証システムにおいて、推定部911を端末装置に設ける代わりに、生体認証装置に設けてもよい。
図4、図7、図8、図10、及び図12のフローチャートは一例に過ぎず、生体認証装置の構成又は条件に応じて、一部の処理を省略又は変更してもよい。例えば、光源611のみの照明光と光源611及び光源612の照明光の2種類のパターンの照明光を用いる代わりに、3種類以上のパターンの照明光を用いても構わない。図10のステップ1001及び図12のステップ1201において、推定部911は、暗い場所、蛍光灯環境、及び太陽光環境以外の分光分布を示す推定結果を出力してもよい。
図1及び図2の分光分布は一例に過ぎず、外光の分光分布は環境に応じて変化し、照明光の分光分布は光源に応じて変化する。
図16は、図3の生体認証装置301、図5の生体認証装置501、図9の生体認証装置901、及び図11の生体認証装置1101として用いられる情報処理装置(コンピュータ)の構成例を示している。図16の情報処理装置は、Central Processing Unit(CPU)1601、メモリ1602、入力装置1603、出力装置1604、補助記憶装置1605、媒体駆動装置1606、及びネットワーク接続装置1607を備える。これらの構成要素はバス1608により互いに接続されている。生体センサ511及び照度センサ1111は、バス1608に接続されていてもよい。
メモリ1602は、例えば、Read Only Memory(ROM)、Random Access Memory(RAM)、フラッシュメモリ等の半導体メモリであり、処理に用いられるプログラム及びデータを格納する。メモリ1602は、記憶部513として用いることができる。
CPU1601(プロセッサ)は、例えば、メモリ1602を利用してプログラムを実行することにより、取得部311、読出部312、計算部313、認証部314、制御部512、及び推定部911として動作する。
入力装置1603は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス等であり、オペレータ又はユーザからの指示又は情報の入力に用いられる。出力装置1604は、例えば、表示装置、プリンタ、スピーカ等であり、オペレータ又はユーザへの問い合わせ又は処理結果の出力に用いられる。処理結果は、認証成否を示す判定結果であってもよい。
補助記憶装置1605は、例えば、磁気ディスク装置、光ディスク装置、光磁気ディスク装置、テープ装置等である。補助記憶装置1605は、フラッシュメモリ又はハードディスクドライブであってもよい。情報処理装置は、補助記憶装置1605にプログラム及びデータを格納しておき、それらをメモリ1602にロードして使用することができる。補助記憶装置1605は、記憶部513として用いることができる。
媒体駆動装置1606は、可搬型記録媒体1609を駆動し、その記録内容にアクセスする。可搬型記録媒体1609は、メモリデバイス、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク等である。可搬型記録媒体1609は、Compact Disk Read Only Memory(CD−ROM)、Digital Versatile Disk(DVD)、Universal Serial Bus(USB)メモリ等であってもよい。オペレータ又はユーザは、この可搬型記録媒体1609にプログラム及びデータを格納しておき、それらをメモリ1602にロードして使用することができる。
このように、処理に用いられるプログラム及びデータを格納するコンピュータ読み取り可能な記録媒体は、メモリ1602、補助記憶装置1605、又は可搬型記録媒体1609のような、物理的な(非一時的な)記録媒体である。
ネットワーク接続装置1607は、Local Area Network、Wide Area Network等の通信ネットワークに接続され、通信に伴うデータ変換を行う通信インタフェースである。情報処理装置は、プログラム及びデータを外部の装置からネットワーク接続装置1607を介して受信し、それらをメモリ1602にロードして使用することができる。
なお、情報処理装置が図16のすべての構成要素を含む必要はなく、用途又は条件に応じて一部の構成要素を省略することも可能である。例えば、オペレータ又はユーザからの指示又は情報を入力する必要がない場合は、入力装置1603を省略してもよい。可搬型記録媒体1609又は通信ネットワークを利用しない場合は、媒体駆動装置1606又はネットワーク接続装置1607を省略してもよい。
図13の端末装置1301、生体認証装置1302、図14の端末装置1401、生体認証装置1402、図15の端末装置1501、生体認証装置1502としては、図16と同様の情報処理装置を用いることができる。この場合、ネットワーク接続装置1607は、通信部1311又は通信部1321として用いることができる。
開示の実施形態とその利点について詳しく説明したが、当業者は、特許請求の範囲に明確に記載した本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更、追加、省略をすることができるであろう。
図1乃至図16を参照しながら説明した実施形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
(付記1)
第1波長の光を含む第1照明光、又は前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を、認証対象の生体に照射して撮影した、認証対象生体画像の特徴情報を取得する取得部と、
登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す読出部と、
前記認証対象生体画像の特徴情報と前記読出部が読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算する計算部と、
前記計算部が計算した前記類似度に基づいて、前記認証対象の生体の認証を行う認証部と、
を備えることを特徴とする生体認証装置。
(付記2)
前記認証対象生体画像の特徴情報は、前記第1照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第1認証対象生体画像の特徴情報と、前記第2照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第2認証対象生体画像の特徴情報とを含み、
前記読出部は、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
前記類似度は、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度、前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第3類似度、及び前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第4類似度を含むことを特徴とする付記1記載の生体認証装置。
(付記3)
撮影領域の分光分布を推定する推定部をさらに備え、
前記認証対象生体画像は、前記推定部が推定した前記分光分布に基づいて前記第1照明光及び前記第2照明光から選択された照明光を、前記認証対象の生体に照射して撮影した、生体画像であることを特徴とする付記1記載の生体認証装置。
(付記4)
前記読出部は、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
前記類似度は、前記認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、及び前記認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度を含むことを特徴とする付記3記載の生体認証装置。
(付記5)
前記撮影領域は、前記認証対象生体画像を撮影する撮像部の画角内の領域であり、
前記推定部は、前記撮像部が前記撮影領域を撮影した画像の明るさから前記分光分布を推定し、
前記明るさが所定値よりも小さい場合、前記第2照明光が選択され、前記明るさが前記所定値よりも大きい場合、前記第1照明光が選択されることを特徴とする付記3又は4記載の生体認証装置。
(付記6)
前記撮影領域は、前記認証対象生体画像を撮影する撮像部の画角内の領域であり、
前記推定部は、照度センサが計測した前記撮影領域の明るさから前記分光分布を推定し、
前記明るさが所定値よりも小さい場合、前記第2照明光が選択され、前記明るさが前記所定値よりも大きい場合、前記第1照明光が選択されることを特徴とする付記3又は4記載の生体認証装置。
(付記7)
第1波長の光を含む第1照明光を出力する第1光源と、
前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を出力する第2光源と、
生体を撮影する撮像部と、
登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部と、
前記第1照明光又は前記第2照明光を認証対象の生体に照射して撮影した認証対象生体画像の特徴情報を取得する取得部と、
前記記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す読出部と、
前記認証対象生体画像の特徴情報と前記読出部が読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算する計算部と、
前記計算部が計算した前記類似度に基づいて、前記認証対象の生体の認証を行う認証部と、
を備えることを特徴とする生体認証システム。
(付記8)
前記認証対象生体画像の特徴情報は、前記第1照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第1認証対象生体画像の特徴情報と、前記第2照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第2認証対象生体画像の特徴情報とを含み、
前記読出部は、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
前記類似度は、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度、前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第3類似度、及び前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第4類似度を含むことを特徴とする付記7記載の生体認証システム。
(付記9)
撮影領域の分光分布を推定する推定部をさらに備え、
前記認証対象生体画像は、前記推定部が推定した前記分光分布に基づいて前記第1照明光及び前記第2照明光から選択された照明光を、前記認証対象の生体に照射して撮影した、生体画像であることを特徴とする付記7記載の生体認証システム。
(付記10)
第1波長の光を含む第1照明光、又は前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を、認証対象の生体に照射して撮影した、認証対象生体画像の特徴情報を取得し、
登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出し、
前記認証対象生体画像の特徴情報と前記記憶部から読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算し、
前記類似度に基づいて前記認証対象の生体の認証を行う、
処理をコンピュータに実行させる生体認証プログラム。
(付記11)
前記認証対象生体画像の特徴情報は、前記第1照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第1認証対象生体画像の特徴情報と、前記第2照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第2認証対象生体画像の特徴情報とを含み、
前記コンピュータは、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
前記類似度は、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度、前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第3類似度、及び前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第4類似度を含むことを特徴とする付記10記載の生体認証プログラム。
(付記12)
前記コンピュータは、さらに撮影領域の分光分布を推定し、
前記認証対象生体画像は、推定した前記分光分布に基づいて前記第1照明光及び前記第2照明光から選択された照明光を、前記認証対象の生体に照射して撮影した、生体画像であることを特徴とする付記10記載の生体認証プログラム。
(付記13)
コンピュータが、
第1波長の光を含む第1照明光、又は前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を、認証対象の生体に照射して撮影した、認証対象生体画像の特徴情報を取得し、
登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出し、
前記認証対象生体画像の特徴情報と前記記憶部から読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算し、
前記類似度に基づいて前記認証対象の生体の認証を行う、
ことを特徴とする生体認証方法。
(付記14)
前記認証対象生体画像の特徴情報は、前記第1照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第1認証対象生体画像の特徴情報と、前記第2照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第2認証対象生体画像の特徴情報とを含み、
前記コンピュータは、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
前記類似度は、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度、前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第3類似度、及び前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第4類似度を含むことを特徴とする付記13記載の生体認証方法。
(付記15)
前記コンピュータは、さらに撮影領域の分光分布を推定し、
前記認証対象生体画像は、推定した前記分光分布に基づいて前記第1照明光及び前記第2照明光から選択された照明光を、前記認証対象の生体に照射して撮影した、生体画像であることを特徴とする付記13記載の生体認証方法。
101、111、121、201、211、221 可視光
102、112、122、202、212、222 近赤外光
301、501、901、1101、1302、1402、1502 生体認証装置
311 取得部
312 読出部
313 計算部
314 認証部
511 生体センサ
512 制御部
513 記憶部
521、522、531、532、921 特徴情報
601 生体
611、612 光源
613 撮像部
911 推定部
1111 照度センサ
1301、1401、1501 端末装置
1311、1321 通信部
1601 CPU
1602 メモリ
1603 入力装置
1604 出力装置
1605 補助記憶装置
1606 媒体駆動装置
1607 ネットワーク接続装置
1608 バス
1609 可搬型記録媒体

Claims (9)

  1. 第1波長の光を含む第1照明光、又は前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を、認証対象の生体に照射して撮影した、認証対象生体画像の特徴情報を取得する取得部と、
    登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す読出部と、
    前記認証対象生体画像の特徴情報と前記読出部が読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算する計算部と、
    前記計算部が計算した前記類似度に基づいて、前記認証対象の生体の認証を行う認証部と、
    を備えることを特徴とする生体認証装置。
  2. 前記認証対象生体画像の特徴情報は、前記第1照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第1認証対象生体画像の特徴情報と、前記第2照明光を前記認証対象の生体に照射して撮影した第2認証対象生体画像の特徴情報とを含み、
    前記読出部は、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
    前記類似度は、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、前記第1認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度、前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第3類似度、及び前記第2認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第4類似度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. 撮影領域の分光分布を推定する推定部をさらに備え、
    前記認証対象生体画像は、前記推定部が推定した前記分光分布に基づいて前記第1照明光及び前記第2照明光から選択された照明光を、前記認証対象の生体に照射して撮影した、生体画像であることを特徴とする請求項1記載の生体認証装置。
  4. 前記読出部は、前記記憶部から前記第1特徴情報及び前記第2特徴情報を読み出し、
    前記類似度は、前記認証対象生体画像の特徴情報と前記第1特徴情報との間の第1類似度、及び前記認証対象生体画像の特徴情報と前記第2特徴情報との間の第2類似度を含むことを特徴とする請求項3記載の生体認証装置。
  5. 前記撮影領域は、前記認証対象生体画像を撮影する撮像部の画角内の領域であり、
    前記推定部は、前記撮像部が前記撮影領域を撮影した画像の明るさから前記分光分布を推定し、
    前記明るさが所定値よりも小さい場合、前記第2照明光が選択され、前記明るさが前記所定値よりも大きい場合、前記第1照明光が選択されることを特徴とする請求項3又は4記載の生体認証装置。
  6. 前記撮影領域は、前記認証対象生体画像を撮影する撮像部の画角内の領域であり、
    前記推定部は、照度センサが計測した前記撮影領域の明るさから前記分光分布を推定し、
    前記明るさが所定値よりも小さい場合、前記第2照明光が選択され、前記明るさが前記所定値よりも大きい場合、前記第1照明光が選択されることを特徴とする請求項3又は4記載の生体認証装置。
  7. 第1波長の光を含む第1照明光を出力する第1光源と、 前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を出力する第2光源と、
    生体を撮影する撮像部と、
    登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部と、
    前記第1照明光又は前記第2照明光を認証対象の生体に照射して撮影した認証対象生体画像の特徴情報を取得する取得部と、
    前記記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出す読出部と、
    前記認証対象生体画像の特徴情報と前記読出部が読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算する計算部と、
    前記計算部が計算した前記類似度に基づいて、前記認証対象の生体の認証を行う認証部と、
    を備えることを特徴とする生体認証システム。
  8. 第1波長の光を含む第1照明光、又は前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を、認証対象の生体に照射して撮影した、認証対象生体画像の特徴情報を取得し、
    登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出し、
    前記認証対象生体画像の特徴情報と前記記憶部から読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算し、
    前記類似度に基づいて前記認証対象の生体の認証を行う、
    処理をコンピュータに実行させる生体認証プログラム。
  9. コンピュータが、
    第1波長の光を含む第1照明光、又は前記第1波長の光と前記第1波長と異なる第2波長の光とを含む第2照明光を、認証対象の生体に照射して撮影した、認証対象生体画像の特徴情報を取得し、
    登録対象の生体に前記第1照明光を照射して撮影した第1生体画像の第1特徴情報と、前記登録対象の生体に前記第2照明光を照射して撮影した第2生体画像の第2特徴情報とを記憶する記憶部から、前記認証対象の生体に照射された照明光を照射して撮影した生体画像の特徴情報を読み出し、
    前記認証対象生体画像の特徴情報と前記記憶部から読み出した前記特徴情報との間の類似度を計算し、
    前記類似度に基づいて前記認証対象の生体の認証を行う、
    ことを特徴とする生体認証方法。
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