JP6824478B1 - 生体認証装置、生体認証方法、および、生体認証プログラム - Google Patents

Abstract

計測部（１１０）は、対象者（２０）から、複数の成分を含み、対象者（２０）が無意識のうちに計測可能な生体信号（２１）を計測する計測処理を行う。成分抽出部（１２０）は、複数の成分から認証に用いる認証成分を抽出する。特徴量抽出部（１３０）は、認証成分から、認証成分の現在の特徴量を表す現特徴量を抽出する。登録部（１４０）は、対象者（２０）を識別する識別子と、対象者（２０）から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量とをテンプレート情報（１６１）として記憶部（１６０）に登録する。比較部（１５０）は、現特徴量とテンプレート特徴量とを比較し、現特徴量とテンプレート特徴量との差が許容差値（１６２）以内であれば処理を計測処理に戻して認証を繰り返す。現特徴量とテンプレート特徴量との差が許容差値（１６２）より大きければ処理を終了する。

Description

本開示は、生体認証装置、生体認証方法、および、生体認証プログラムに関する。

一度認証を行った後、繰り返し認証を実施する認証方法がある。この認証方法は、継続的認証と呼ばれる。継続的認証は、認証後の対象者における入れ替わりおよびなりすましを防ぐことを目的としている。

特許文献１には、ＥＣＧ（Ｅｌｅｃｔｒｏｃａｒｄｉｏｇｒａｍ：心電図）を計測し、心電図から特徴量を抽出し、継続的に生体認証を行う技術が開示されている。

国際公開２０１８／１９８２８６号パンフレット

継続的認証においては、攻撃者に気付かれないようにするため、さらに、ユーザの負担を軽減させるために、対象者が無意識のうちに実施されることが望ましい。対象者が無意識のうちに認証が行われる認証方法は、無意識的認証と呼ばれる。特許文献１に開示されているＥＣＧの計測では、特定の姿勢を要求される場合ある。よって、特許文献１の技術では、無意識的認証の実現が難しいという課題がある。

本開示では、継続的な生体認証を、対象者にとって無意識的に実現することを目的とする。

本開示に係る生体認証装置は、
認証の対象者から、複数の成分を含み、前記対象者が無意識のうちに計測可能な生体信号を計測する計測処理を行う計測部と、
前記複数の成分から前記認証に用いる成分を認証成分として抽出する成分抽出部と、
前記認証成分から現在の特徴量を表す現特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
前記対象者を識別する識別子と、前記対象者から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量とをテンプレート情報として記憶部に登録する登録部と、
前記現特徴量と前記テンプレート情報に登録されている前記テンプレート特徴量とを比較し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば処理を前記計測処理に戻して前記認証を繰り返し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が前記許容差値より大きければ処理を終了する比較部とを備えた。

本開示に係る生体認証装置では、継続的な生体認証を、対象者にとって無意識的に実現することにより、対象者の入れ替わりあるいはなりすましの検出を行うことができる。

実施の形態１に係る生体認証装置の構成例。 実施の形態１に係るテンプレート情報の例を示す図。 実施の形態１に係るテンプレート情報の登録処理のフロー図。 実施の形態１に係る計測部の実装例を示す図。 実施の形態１に係る成分抽出の一例を示す図。 実施の形態１に係る成分抽出の別例を示す図。 実施の形態１に係る特徴量抽出の例を示す図。 実施の形態１に係る生体認証装置による生体認証処理の例１を示すフロー図。 実施の形態１に係る生体認証装置による生体認証処理の例２を示すフロー図。 実施の形態１に係る生体認証装置による生体認証処理の例２を表した模式図。 実施の形態１に係る生体認証装置による生体認証処理の例３を示すフロー図。 実施の形態１に係る生体認証装置による生体認証処理の例３を表した模式図。 実施の形態１の変形例に係る生体認証装置の構成例。 実施の形態２に係る生体認証装置の構成例。 実施の形態２に係る成分抽出例を示す図。 実施の形態２に係る脈拍成分から特徴量を抽出する例。 実施の形態２に係るテンプレート情報の例を示す図。 実施の形態２に係る生体認証装置による生体認証処理の例４を示すフロー図。 実施の形態２に係る生体認証装置による生体認証処理の例４を表した模式図。

以下、本実施の形態について、図を用いて説明する。各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付している。実施の形態の説明において、同一または相当する部分については、説明を適宜省略または簡略化する。また、以下の図では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、実施の形態の説明において、上、下、左、右、前、後、表、裏といった向きあるいは位置が示されている場合がある。これらの表記は、説明の便宜上の記載であり、装置、器具、あるいは部品等の配置、方向および向きを限定するものではない。

実施の形態１．
＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１を用いて、本実施の形態に係る生体認証装置１００の構成例について説明する。
生体認証装置１００は、コンピュータである。生体認証装置１００は、プロセッサ９１０を備えるとともに、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、入力インタフェース９３０、出力インタフェース９４０、および通信装置９５０といった他のハードウェアを備える。プロセッサ９１０は、信号線を介して他のハードウェアと接続され、これら他のハードウェアを制御する。

計測部１１０は、認証の対象者２０から生体信号２１を計測する装置である。生体認証装置１００は、機能要素として、計測部１１０と成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０と記憶部１６０とを備える。記憶部１６０には、テンプレート情報１６１と許容差値１６２が記憶される。

成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能は、ソフトウェアにより実現される。記憶部１６０は、メモリ９２１に備えられる。なお、記憶部１６０は、補助記憶装置９２２に備えられていてもよいし、メモリ９２１と補助記憶装置９２２に分散して備えられていてもよい。

プロセッサ９１０は、生体認証プログラムを実行する装置である。生体認証プログラムは、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能を実現するプログラムである。また、生体認証プログラムには、計測部１１０が対象者２０から生体信号２１を計測する機能を実現する際に実行されるプログラムも含まれる。
プロセッサ９１０は、演算処理を行うＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。プロセッサ９１０の具体例は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。

メモリ９２１は、データを一時的に記憶する記憶装置である。メモリ９２１の具体例は、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、あるいはＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）である。
補助記憶装置９２２は、データを保管する記憶装置である。補助記憶装置９２２の具体例は、ＨＤＤである。また、補助記憶装置９２２は、ＳＤ（登録商標）メモリカード、ＣＦ、ＮＡＮＤフラッシュ、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ブルーレイ（登録商標）ディスク、ＤＶＤといった可搬の記憶媒体であってもよい。なお、ＨＤＤは、Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅの略語である。ＳＤ（登録商標）は、Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌの略語である。ＣＦは、ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ（登録商標）の略語である。ＤＶＤは、Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋの略語である。

入力インタフェース９３０は、マウス、キーボード、あるいはタッチパネルといった入力装置と接続されるポートである。入力インタフェース９３０は、具体的には、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）端子である。なお、入力インタフェース９３０は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）と接続されるポートであってもよい。
また、入力インタフェース９３０は、計測部１１０に接続されていてもよい。入力インタフェース９３０は、計測部１１０により取得された対象者２０の生体信号２１を取得するセンサインタフェースの役割を有していてもよい。図１では、１つの入力インタフェース９３０が記載されているが、複数の入力インタフェース９３０が存在してもよい。

出力インタフェース９４０は、ディスプレイといった出力機器のケーブルが接続されるポートである。出力インタフェース９４０は、具体的には、ＵＳＢ端子またはＨＤＭＩ（登録商標）（Ｈｉｇｈ Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）端子である。ディスプレイは、具体的には、ＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）である。出力インタフェース９４０は、表示器インタフェースともいう。

通信装置９５０は、レシーバとトランスミッタを有する。通信装置９５０は、ＬＡＮ、インターネット、あるいは電話回線といった通信網に接続している。通信装置９５０は、具体的には、通信チップまたはＮＩＣ（Ｎｅｔｗｏｒｋ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｃａｒｄ）である。なお、通信装置９５０は、計測部１１０により取得された対象者２０の生体信号２１を無線で取得する通信インタフェースの役割を有していてもよい。

生体認証プログラムは、生体認証装置１００において実行される。生体認証プログラムは、プロセッサ９１０に読み込まれ、プロセッサ９１０によって実行される。メモリ９２１には、生体認証プログラムだけでなく、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）も記憶されている。プロセッサ９１０は、ＯＳを実行しながら、生体認証プログラムを実行する。生体認証プログラムおよびＯＳは、補助記憶装置９２２に記憶されていてもよい。補助記憶装置９２２に記憶されている生体認証プログラムおよびＯＳは、メモリ９２１にロードされ、プロセッサ９１０によって実行される。なお、生体認証プログラムの一部または全部がＯＳに組み込まれていてもよい。

生体認証装置１００は、プロセッサ９１０を代替する複数のプロセッサを備えていてもよい。これら複数のプロセッサは、生体認証プログラムの実行を分担する。それぞれのプロセッサは、プロセッサ９１０と同じように、生体認証プログラムを実行する装置である。

生体認証プログラムにより利用、処理または出力されるデータ、情報、信号値および変数値は、メモリ９２１、補助記憶装置９２２、または、プロセッサ９１０内のレジスタあるいはキャッシュメモリに記憶される。

計測部１１０と成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の各部の「部」を「処理」、「手順」あるいは「工程」に読み替えてもよい。生体認証プログラムは、計測処理と成分抽出処理と特徴量抽出処理と登録処理と比較処理を、コンピュータに実行させる。計測処理と成分抽出処理と特徴量抽出処理と登録処理と比較処理の「処理」を「プログラム」、「プログラムプロダクト」、「プログラムを記憶したコンピュータ読取可能な記憶媒体」、または「プログラムを記録したコンピュータ読取可能な記録媒体」に読み替えてもよい。また、生体認証方法は、生体認証装置１００が生体認証プログラムを実行することにより行われる方法である。
生体認証プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に格納されて提供されてもよい。また、生体認証プログラムは、プログラムプロダクトとして提供されてもよい。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
次に、本実施の形態に係る生体認証装置１００の動作について説明する。生体認証装置１００の動作手順は、生体認証方法に相当する。また、生体認証装置１００の動作を実現するプログラムは、生体認証プログラムに相当する。

＜テンプレート情報１６１の登録処理＞
図２は、本実施の形態に係るテンプレート情報１６１の例を示す図である。
テンプレート情報１６１には、対象者２０を識別する識別子６１と、対象者２０から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量６３とが設定されている。その他、テンプレート情報１６１には、テンプレート特徴量６３の計測日時６２が設定されていてもよい。また、図２では、呼吸振幅６３１および呼吸数６３２といったテンプレート特徴量６３がテンプレート情報１６１に設定されている。識別子６１は、具体的には、対象者２０の名前あるいは番号といった対象者２０を一意に識別できる情報である。

図３を用いて、本実施の形態に係るテンプレート情報１６１の登録処理について説明する。
登録部１４０は、対象者２０を識別する識別子６１と、対象者２０から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量６３とを含む情報をテンプレート情報１６１として記憶部１６０に登録する。具体的には、以下の通りである。

ステップＳ１０１において、生体信号２１を計測するためのデバイスが起動される。あるいは、生体信号２１を計測するためのデバイスが対象者２０により装着される。対象者２０により装着されるデバイスの具体例は、腕輪あるいは指輪といった形式のデバイスである。

＜計測処理：計測部１１０＞
ステップＳ１０２において、計測部１１０は、認証の対象者２０から、複数の成分を含み、対象者２０が無意識のうちに計測可能な生体信号２１を計測する計測処理を行う。
具体的には、計測部１１０は、ステップＳ１０１で起動あるいは装着されたデバイスを用いて、対象者２０の光電容積脈波信号を生体信号２１として計測する。光電容積脈波は、ＰＰＧ（Ｐｈｏｔｏｐｌｅｔｈｙｓｍｏｇｒａｍ）と呼ばれる。
ＰＰＧの計測では、皮膚を介して血管に対して光を照射し、その反射光または透過光を電気信号として取得することで、血管の伸縮および弛緩といった挙動を計測する。血管の挙動が心拍に由来することに基づいて、ＰＰＧは主に心拍数または脈拍数の計測に用いられる。また、ＰＰＧでは、心拍に由来する成分に、呼吸あるいは体動に伴う心拍由来以外の成分が重畳されることが知られている。正確な心拍数または脈拍数の計測のために、ＰＰＧ信号から心拍由来以外の成分は除去されることが多い。
ＰＰＧは、装着型のセンサによる計測、および、カメラによる非接触での計測が可能である。よって、対象者２０の位置および方向を制限せずにＰＰＧを計測することが可能である。また、特定の室内環境においてＰＰＧを計測することが可能である。また、心拍数または脈拍数の測定を目的として、スマートウォッチといったデバイスにＰＰＧ計測機能が搭載されている場合がある。

図４は、本実施の形態に係る計測部１１０の実装例を示す図である。
計測部１１０は、照光部１１１と受光部１１２を備えるセンサである。照光部１１１は、例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）である。また、受光部１１２は、例えば、フォトダイオードである。図４の計測部１１０では、照光部１１１が皮膚に対して光を照射し、その反射光または透過光が電気信号として受光部１１２により取得される。ＰＰＧを計測する計測機器では、指先、耳たぶ、および手首といった計測対象部位２０１からＰＰＧを計測することが一般的である。しかし、ＰＰＧを計測することができれば、計測部位はその他の部位でも構わない。
また、計測部１１０は、カメラを用いる装置でもよい。計測部１１０は、カメラにより肌を撮影し、ＰＰＧを非接触に計測してもよい。
また、計測部１１０は、センサおよびカメラを複数組み合わせてＰＰＧを計測してもよい。また、後述の特徴量抽出部１３０により抽出される特徴量の精度を高めるために、計測部１１０では、センサおよびカメラに加えて、呼吸数モニタあるいは心電図モニタといった他の生体情報計測装置を同時に使用してもよい。
また、計測部１１０は、皮膚あるいは爪上にＰＰＧと同時に発生する力（圧力）あるいは変位・変形を計測する装置でもよい。例としてひずみゲージあるいは圧電素子といった装置が挙げられるが、他の装置でも構わない。ＰＰＧ計測機器を含む他のセンサおよびカメラ、生体情報計測装置を同時に使用してもよい。

＜成分抽出処理：成分抽出部１２０＞
ステップＳ１０３において、成分抽出部１２０は、生体信号２１の複数の成分から認証に用いる成分を認証成分２１１として抽出する。上述したように、生体信号２１には、心拍由来の成分、および、心拍由来以外の成分といった複数の成分が含まれる。例えば、成分抽出部１２０は、生体信号２１の複数の成分から、心拍由来以外の成分である、対象者２０の呼吸に由来する成分を認証成分２１１として抽出する。

成分抽出部１２０は、計測部１１０で取得した生体信号２１を目的の成分に分離し、特徴量抽出部１３０に入力する。分離可能な成分として、心拍、呼吸、および体動といった体内の挙動および人間の行動に基づいた成分がある。

図５は、本実施の形態に係る成分抽出の一例を示す図である。
図６は、本実施の形態に係る成分抽出の別例を示す図である。
本実施の形態では、成分抽出部１２０は、ＰＰＧに含まれる、呼吸運動に由来する成分を認証成分２１１として抽出する。呼吸運動に由来する成分を、以下、呼吸成分と記載する。
成分を分離あるいは抽出する方法には、電気あるいは電子回路によりアナログフィルタで生体信号２１を処理する方法がある。また、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）あるいはマイクロコントローラによるデジタルフィルタで生体信号２１を処理する方法もある。しかし、生体信号２１から成分を分離あるいは抽出することができれば、その方法はどのような方法でも構わない。
例えば、図５のＧ１０２に示すようにバンドパスフィルタなどを使用して特定の周波数領域の成分のみ通過して取得する方法がある。または、図６のＧ２０２に示すようにＰＰＧ信号の包絡線から求める方法などが挙げられる。

＜特徴量抽出処理：特徴量抽出部１３０＞
ステップＳ１０４において、特徴量抽出部１３０は、認証成分２１１から、認証成分２１１の現在の特徴量を表す現特徴量を抽出する。

図７は、本実施の形態に係る特徴量抽出の例を示す図である。
特徴量抽出部１３０は、図６のＧ３０１に示すように、信号波形の振幅あるいは傾きといった特徴量を抽出可能である。しかし、認証成分２１１の特徴を表すことができれば、その内容および個数は限定されない。また、特徴量抽出部１３０は、認証成分２１１の信号中の一点を定めて抽出するのではなく、一定の時間間隔内での最大値あるいは最小値を抽出してもよい。また、特徴量抽出部１３０は、時系列信号のみからの抽出に限定せず、図６のＧ３０２に示すように、信号をフーリエ変換して得られる波形から特徴量を抽出してもよい。また、特徴量抽出部１３０は、微分あるいは積分した波形から特徴量を抽出してもよい。

＜登録処理・登録部１４０＞
ステップＳ１０５において、登録部１４０は、特徴量抽出部１３０により抽出された現特徴量をテンプレート特徴量６３として、テンプレート情報１６１に登録する。テンプレート情報１６１は、複数名の特徴量を保持するデータベースの形態をとる。ファイルの形式は、ＣＳＶ（ｃｏｍｍａ−ｓｅｐａｒａｔｅｄ ｖａｌｕｅｓ）あるいはＸＭＬ（Ｅｘｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）といった形式でよい。また、その他の形式でも構わない。

図２のテンプレート情報１６１の例では、個々の対象者２０の識別子６１に対し、認証成分２１１から抽出された特徴量がテンプレート特徴量６３として保持されている。また、テンプレート特徴量６３として、呼吸振幅６３１と呼吸数６３２が保持される。
なお、テンプレート情報１６１の更新により、同一の識別子６１に対し、特徴量の組み合わせを複数保持してもよい。同一の識別子６１に対し特徴量の組み合わせが複数保持されている場合、テンプレート情報１６１には、計測日時６２のように各組み合わせを区別できる要素が含まれる必要がある。
図２では、識別子６１の「Ａ」に対して、２つの特徴量の組み合わせが保持されている。

なお、テンプレート情報１６１への登録処理は、対象者２０にとって初めて生体信号２１の計測が実施された際に行われる。また、後述の生体認証処理の例２のように、対象者２０に対して生体信号２１の計測が行われる度に、テンプレート情報１６１への登録処理を行ってもよい。

＜生体認証処理の例１：図８＞
図８を用いて、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例１について説明する。

図８において、ステップＳ２０１からステップＳ２０４の処理は、図３で説明したステップＳ１０１からステップＳ１０４の処理と同様である。ステップＳ２０１からステップＳ２０４の処理により、対象者２０の現在の生体信号２１から、認証成分２１１の特徴量が現特徴量として抽出される。

ステップＳ２０５において、比較部１５０は、現特徴量とテンプレート情報１６１に登録されているテンプレート特徴量６３とを比較する。
ステップＳ２０６において、比較部１５０は、現特徴量とテンプレート特徴量６３との差が許容差値以内か否かを判定する。

現特徴量とテンプレート特徴量６３との差が許容差値以内であれば、比較部１５０は、処理を計測処理に戻して認証を繰り返す。現特徴量とテンプレート特徴量６３との差が許容差値以内であるとは、対象者２０の認証が成功したことを意味する。このとき、生体認証装置１００は、ディスプレイに認証の成功を示す情報を表示してもよい。
生体認証装置１００は、継続的認証を行うために、対象者２０の認証が成功してから所定の時間経過後（ステップＳ２０７）、ステップＳ２０２の計測処理に戻り、ステップＳ２０１からステップＳ２０６の処理を繰り返す。ステップＳ２０７の時間経過は、一定時間の経過後でもよいし、不定期でもよい。

現特徴量とテンプレート特徴量６３との差が許容差値より大きければ、比較部１５０は、処理を終了する。現特徴量とテンプレート特徴量６３との差が許容差値より大きいとは、対象者２０の認証が失敗したことを意味する。このとき、生体認証装置１００は、ディスプレイに認証の失敗を示す情報を表示してもよい。

図８の生体認証処理の例１は、毎回、対象者２０から計測した最新の現特徴量と、初めに登録したままの同一のテンプレート特徴量６３とを比較する処理であった。
しかし、テンプレート特徴量６３の登録後、初回の認証と２回目以降の認証では、認証に用いるテンプレート特徴量、比較に用いられる特徴量の種類、および、許容差値といった情報を変更してもよい。これは、初回の認証後、対象者２０における体調あるいは運動といった属性が変化した場合、生体信号にも変化が出て正しく認証を行えない可能性があるためである。

以下に、初回の認証と２回目以降の認証とで、比較に用いる情報を変更する認証方式について、２種類説明する。１つ目はテンプレート特徴量を変更する認証方式であり、２つ目は比較する特徴量の種類を変更する認証方式である。
なお、以下の説明では、説明をわかり易くするために初回の認証と２回目以降の認証について説明するが、ｎ（ｎ：自然数）回目までの認証と（ｎ＋１）回目以降の認証に適用してもよい。また、以下の説明では、変更する情報は２種類であるが、変更する情報を３種類以上としてもよい。ｎ回目までの認証と（ｎ＋１）回目の認証と（ｎ＋２）回目以降の認証とで、比較する情報を変更する認証方式でもよい。

＜生体認証処理の例２：図９＞
図９を用いて、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例２について説明する。

図９において、ステップＳ３０１からステップＳ３０６、およびステップＳ３０８の処理は、図８で説明したステップＳ２０１からステップＳ２０７の処理と同様である。
登録部１４０は、現特徴量とテンプレート特徴量６３との差が許容差値以内であれば、処理が計測処理に戻る前に、ステップＳ３０７において、現特徴量をテンプレート特徴量６３としてテンプレート情報１６１に登録する。図２に示すように、登録部１４０は、対象者２０の最新の現特徴量をテンプレート特徴量６３として、計測日時６２とともにテンプレート情報１６１に追加してもよい。あるいは、登録部１４０は、対象者２０の最新の現特徴量を、対象者２０のテンプレート特徴量６３に上書きしてもよい。

図１０は、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例２を表した模式図である。
図１０に示す生体認証処理の例２では、初回の認証の後、かつ、２回目の認証の前に、テンプレート情報１６１が更新されている。初回の認証時は初めに登録されたテンプレート情報１６１が使用されるが、２回目以降の認証では、初回認証時に抽出された特徴量をテンプレート特徴量６３として使用する。図２のテンプレート情報１６１のように、同一の対象者２０からの計測を複数回行っている場合は、計測日時６２がより新しい値の行のテンプレート特徴量６３を比較時に使用する。

＜生体認証処理の例３：図１１＞
図１１を用いて、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例３について説明する。

図１１において、ステップＳ４０１からステップＳ４０７の処理は、図８で説明したステップＳ２０１からステップＳ２０７の処理と同様である。また、ステップＳ４０８からステップＳ４１２の処理は、図８で説明したステップＳ２０２からステップＳ２０６の処理と同様である。
ただし、ステップＳ４０４およびステップＳ４０５と、ステップＳ４１０およびステップＳ４１１とでは、認証成分２１１から抽出され、テンプレート情報１６１と比較される特徴量の種類が異なる。

登録部１４０は、テンプレート特徴量６３として、第１テンプレート特徴量と第１テンプレート特徴量とは異なる種類の第２テンプレート特徴量とをテンプレート情報１６１に登録している。
ステップＳ４０４において、特徴量抽出部１３０は、現特徴量として、第１テンプレート特徴量と同じ種類の第１現特徴量を抽出する。
ステップＳ４０５において、比較部１５０は、第１現特徴量と第１テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば処理を計測処理に戻す。ここでは、比較部１５０は、第１現特徴量と第１テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば、時間経過の後、処理を次の計測処理に進める（ステップＳ４０７およびステップＳ４０８）。
ステップＳ４１０において、特徴量抽出部１３０は、現特徴量として、第２テンプレート特徴量と同じ種類の第２現特徴量を抽出する。
そして、ステップＳ４０５において、比較部１５０は、第２現特徴量と第２テンプレート特徴量とを比較する。第２現特徴量と第２テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば、処理はステップＳ４０７に戻り、２回目以降の認証処理を繰り返す。

図１２は、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例３を表した模式図である。
図１２に示す例３では、初回の認証と２回目以降の認証で特徴量が変更されている。初回の認証では、初回の計測で得られた生体信号Ｇ４０１から、Ｇ４０２に示すように振幅と傾きが特徴量として使用される。その後、２回目以降の認証では、Ｇ４０３に示すように振幅のみが特徴量として使用される。

＊＊＊他の構成＊＊＊
本実施の形態では、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能がソフトウェアで実現される。変形例として、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能がハードウェアで実現されてもよい。
具体的には、生体認証装置１００は、プロセッサ９１０に替えて電子回路９０９を備える。

図１３は、本実施の形態の変形例に係る生体認証装置１００の構成を示す図である。
電子回路９０９は、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能を実現する専用の電子回路である。電子回路９０９は、具体的には、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ロジックＩＣ、ＧＡ、ＡＳＩＣ、または、ＦＰＧＡである。ＧＡは、Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。ＡＳＩＣは、Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔの略語である。ＦＰＧＡは、Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙの略語である。

成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能は、１つの電子回路で実現されてもよいし、複数の電子回路に分散して実現されてもよい。

別の変形例として、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の一部の機能が電子回路で実現され、残りの機能がソフトウェアで実現されてもよい。また、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の一部またはすべての機能がファームウェアで実現されてもよい。

プロセッサと電子回路の各々は、プロセッシングサーキットリとも呼ばれる。つまり、成分抽出部１２０と特徴量抽出部１３０と登録部１４０と比較部１５０の機能は、プロセッシングサーキットリにより実現される。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態に係る生体認証装置１００では、無意識的に生体信号を計測して特徴量を抽出し、継続的な認証を達成することができる。したがって、本実施の形態に係る生体認証装置１００によれば、無意識的かつ継続的認証を行い、対象者の有無、ならびに、対象者の入れ替わりおよびなりすましの検出を行うことが可能となる。

実施の形態２．
本実施の形態では、主に、実施の形態１と異なる点および実施の形態１に追加する点について説明する。
本実施の形態において、実施の形態１と同様の機能を有する構成については同一の符号を付し、その説明を省略する。

＊＊＊構成の説明＊＊＊
図１４を用いて、本実施の形態に係る生体認証装置１００ａの構成例について説明する。
本実施の形態では、成分抽出部１２０ａと特徴量抽出部１３０ａが実施の形態１と異なる。成分抽出部１２０ａは、第１成分抽出部１２１と第２成分抽出部１２２を備える。特徴量抽出部１３０ａは、第１特徴量抽出部１３１と第２特徴量抽出部１３２を備える。
その他の構成については、実施の形態１と同様である。

成分抽出部１２０ａは、生体信号２１の複数の成分から複数の認証成分を認証成分２１１として抽出する。例えば、第１成分抽出部１２１は、生体信号２１から呼吸成分を認証成分２１１として抽出する。また、第２成分抽出部１２２は、生体信号２１から脈拍成分を認証成分２１１として抽出する。

＊＊＊動作の説明＊＊＊
図１５は、本実施の形態に係る成分抽出例を示す図である。
本実施の形態では、成分抽出部１２０ａは、生体信号２１であるＰＰＧに含まれる、呼吸運動に由来する呼吸成分と、脈拍に由来する脈拍成分とを分離する。また、成分抽出部１２０ａは、各成分をさらに複数成分に分離してもよい。例えば、脈拍成分は低周波成分と高周波成分に分離可能である。
図１５では、１つのＰＰＧ信号Ｇ５０１から呼吸成分Ｇ５０２−１、脈拍成分（低周波）Ｇ５０２−２、および脈拍成分（高周波成分）Ｇ５０２−３の計３成分を分離した例を示している。以降、本実施の形態では呼吸成分と脈拍成分の２成分に分離した場合で説明を進める。

次に、特徴量抽出部１３０ａは、複数の認証成分の各々から現特徴量を抽出する。例えば、第１特徴量抽出部１３１は、第１成分抽出部１２１から取得した呼吸成分から特徴量を抽出する。また、第２特徴量抽出部１３２は、第２成分抽出部１２２から取得した脈拍成分から特徴量を抽出する。

図１６は、本実施の形態に係る脈拍成分から特徴量を抽出する例を示す図である。
本実施の形態でも、抽出可能な特徴量の内容および個数は限定しない。本実施の形態で取り扱う全成分から振幅あるいは傾きなど同じ特徴量を抽出しても良いし、呼吸成分からは振幅と傾き両方、脈拍成分からは振幅のみなど、対象の成分によって特徴量を変更してもよい。

図１７は、本実施の形態に係るテンプレート情報１６１の例を示す図である。
特徴量抽出後は、対象者の登録を行うのであれば、同特徴量を登録部１４０によりテンプレート情報１６１に登録する。個々のユーザ名または番号に対し、分離した成分から抽出した各特徴量が保持される。図１７では、テンプレート特徴量６３として、呼吸振幅６３１、呼吸数６３２、脈拍振幅６３３、および脈拍数６３４が保持されている。

図１８を用いて、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例４について説明する。

図１８において、ステップＳ５０１からステップＳ５０７の処理は、図１１で説明したステップＳ４０１からステップＳ４０７の処理と同様である。また、ステップＳ５０８からステップＳ５１２の処理は、図１１で説明したステップＳ４０８からステップＳ４１２の処理と同様である。
ただし、ステップＳ５０３とステップＳ５０９とでは、生体信号２１から抽出される認証成分の種類が異なる。また、ステップＳ５０４およびステップＳ５０５と、ステップＳ５１０およびステップＳ５１１とでは、各認証成分から抽出され、テンプレート情報１６１と比較される特徴量の種類を変えてもよい。

図１９は、本実施の形態に係る生体認証装置１００による生体認証処理の例４を表した模式図である。
図１９に示す例４では、初回の認証と２回目以降で、ＰＰＧ信号中で認証に用いる対象の成分を変更している。初回の認証では、計測されたＰＰＧ信号Ｇ７０１から呼吸成分Ｇ７０２−１と脈拍成分Ｇ７０２−２の両方を分離して取得し、後段の特徴量抽出部および比較部で使用する。その後、２回目以降ではＧ７０３に示す呼吸成分のみを後段の特徴量抽出部および比較部で使用する。また、信号の成分に限らず、実施の形態１と同様に特徴量あるいは許容差値などを変更してもよい。

＊＊＊他の構成＊＊＊
また、本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、初回の認証と２回目以降の認証でテンプレート情報１６１を更新してもよい。本実施の形態では、全認証成分から抽出する全特徴量を更新してもよいし、一部の認証成分あるいは一部の特徴量のみ更新してもよい。例えば、図１７のテンプレート情報１６１の場合、心拍に由来する脈拍成分から抽出される脈拍振幅６３３と脈拍数６３４の両方を更新することが好適である。

＊＊＊本実施の形態の効果の説明＊＊＊
以上のように、本実施の形態に係る生体認証装置１００ａでは、無意識的かつ継続的認証を、より高精度に行うことができる。したがって、本実施の形態に係る生体認証装置１００ａによれば、対象者の有無、ならびに、対象者の入れ替わりおよびなりすましを、より高精度に検出することができる。

以上の実施の形態１および２では、生体認証装置の各部を独立した機能ブロックとして説明した。しかし、生体認証装置の構成は、上述した実施の形態のような構成でなくてもよい。生体認証装置の機能ブロックは、上述した実施の形態で説明した機能を実現することができれば、どのような構成でもよい。また、生体認証装置は、１つの装置でなく、複数の装置から構成されたシステムでもよい。
また、実施の形態１および２のうち、複数の部分を組み合わせて実施しても構わない。あるいは、これらの実施の形態のうち、１つの部分を実施しても構わない。その他、これら実施の形態を、全体としてあるいは部分的に、どのように組み合わせて実施しても構わない。
すなわち、実施の形態１および２では、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

なお、上述した実施の形態は、本質的に好ましい例示であって、本開示の範囲、本開示の適用物の範囲、および本開示の用途の範囲を制限することを意図するものではない。上述した実施の形態は、必要に応じて種々の変更が可能である。

２０ 対象者、２１ 生体信号、２１１ 認証成分、１００，１００ａ 生体認証装置、１１０ 計測部、１１１ 照光部、１１２ 受光部、１２０，１２０ａ 成分抽出部、１２１ 第１成分抽出部、１２２ 第２成分抽出部、１３０，１３０ａ 特徴量抽出部、１３１ 第１特徴量抽出部、１３２ 第２特徴量抽出部、１４０ 登録部、１５０ 比較部、１６０ 記憶部、１６１ テンプレート情報、６１ 識別子、６２ 計測日時、６３ テンプレート特徴量、６３１ 呼吸振幅、６３２ 呼吸数、６３３ 脈拍振幅、６３４ 脈拍数、１６２ 許容差値、２０１ 計測対象部位、９０９ 電子回路、９１０ プロセッサ、９２１ メモリ、９２２ 補助記憶装置、９３０ 入力インタフェース、９４０ 出力インタフェース、９５０ 通信装置。

Claims (5)

1. 生体認証により対象者の認証を実行する生体認証装置において、
   前記対象者から、前記対象者が無意識のうちに計測可能な生体信号を計測する計測処理を行う計測部と、
   前記生体信号から、呼吸運動に由来する呼吸成分と脈拍に由来する脈拍成分とを分離し、前記呼吸成分と前記脈拍成分とを、認証に用いる複数の認証成分として抽出する成分抽出部と、
   前記複数の認証成分の各々から、前記複数の認証成分の各々の現在の特徴量を表す現特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
   前記対象者を識別する識別子と、前記対象者から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量とをテンプレート情報として記憶部に登録する登録部と、
   前記現特徴量と前記テンプレート情報に登録されている前記テンプレート特徴量とを比較し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば処理を前記計測処理に戻して認証を繰り返し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が前記許容差値より大きければ処理を終了する比較部と
   を備え、
   前記比較部は、
   初回の認証では、前記呼吸成分と前記脈拍成分との各々の現特徴量を用いて認証を実行し、２回目以降の認証では前記呼吸成分のみの現特徴量を用いて認証を実行する生体認証装置。
2. 前記計測部は、前記対象者の血管の挙動に由来する信号を前記生体信号として計測する請求項１に記載の生体認証装置。
3. 前記登録部は、
   前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば、処理が前記計測処理に戻る前に前記現特徴量を前記テンプレート特徴量として前記テンプレート情報に登録する請求項１または請求項２に記載の生体認証装置。
4. 生体認証により対象者の認証を実行する生体認証装置の生体認証方法において、
   計測部が、前記対象者から、前記対象者が無意識のうちに計測可能な生体信号を計測する計測処理を行い、
   成分抽出部が、前記生体信号から、呼吸運動に由来する呼吸成分と脈拍に由来する脈拍成分とを分離し、前記呼吸成分と前記脈拍成分とを、認証に用いる複数の認証成分として抽出し、
   特徴量抽出部が、前記複数の認証成分の各々から、前記複数の認証成分の各々の現在の特徴量を表す現特徴量を抽出し、
   登録部が、前記対象者を識別する識別子と、前記対象者から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量とをテンプレート情報として記憶部に登録し、
   比較部が、前記現特徴量と前記テンプレート情報に登録されている前記テンプレート特徴量とを比較し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば処理を前記計測処理に戻して認証を繰り返し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が前記許容差値より大きければ処理を終了し、
   前記比較部は、初回の認証では、前記呼吸成分と前記脈拍成分との各々の現特徴量を用いて認証を実行し、２回目以降の認証では前記呼吸成分のみの現特徴量を用いて認証を実行する生体認証装置の生体認証方法。
5. 生体認証により対象者の認証を実行する生体認証装置の生体認証プログラムにおいて、
   前記対象者から、前記対象者が無意識のうちに計測可能な生体信号を計測する計測処理を行う計測処理と、
   前記生体信号から、呼吸運動に由来する呼吸成分と脈拍に由来する脈拍成分とを分離し、前記呼吸成分と前記脈拍成分とを、認証に用いる複数の認証成分として抽出する成分抽出処理と、
   前記複数の認証成分の各々から、前記複数の認証成分の各々の現在の特徴量を表す現特徴量を抽出する特徴量抽出処理と、
   前記対象者を識別する識別子と、前記対象者から過去に抽出された特徴量であるテンプレート特徴量とをテンプレート情報として記憶部に登録する登録処理と、
   前記現特徴量と前記テンプレート情報に登録されている前記テンプレート特徴量とを比較し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が許容差値以内であれば処理を前記計測処理に戻して認証を繰り返し、前記現特徴量と前記テンプレート特徴量との差が前記許容差値より大きければ処理を終了する比較処理であって、初回の認証では、前記呼吸成分と前記脈拍成分との各々の現特徴量を用いて認証を実行し、２回目以降の認証では前記呼吸成分のみの現特徴量を用いて認証を実行する比較処理と
   をコンピュータである生体認証装置に実行させる生体認証プログラム。

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