JP7065404B2

JP7065404B2 - 識別装置及び識別方法

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Publication number: JP7065404B2
Application number: JP2018105032A
Authority: JP
Inventors: 武司中山; 翔一飯塚; 尚樹本間; 大笹川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-11-21
Filing date: 2018-05-31
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2038-05-31
Also published as: JP2019093104A

Description

本開示は、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。

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技術が知られている（例えば特許文献１、２）。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、運転者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の送受信機を用い、被験者の心拍数を測定する方法が開示されている。

また、例えば特許文献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

ところで、電磁波を利用した生体識別では、教師データと被測定者を測定した測定データとを比較して生体識別を行う場合が多い。

しかしながら、教師データに被測定者のデータが含まれない場合、当該被測定者のデータに最も近い教師データを本人として認識し、他人を誤って受け入れてしまうという問題がある。

本開示は、上述の事情を鑑みてなされたもので、他人受入率（ＦＡＲ：ＦａｌｓｅＡｃｃｅｐｔａｎｃｅＲａｔｅ）及び本人拒否率（ＦＲＲ：ＦａｌｓｅＲｅｊｅｃｔｉｏｎＲａｔｅ）のバランスポイントである等価エラー率（ＥＥＲ：ＥｑｕａｌＥｒｒｏｒＲａｔｅ）を小さくすることができる識別装置及び識別方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の一形態に係る識別装置は、第１生体を含む所定範囲に第１送信信号を送信するＭ個（Ｍは１以上の整数）の送信アンテナ素子と、それぞれ受信アンテナ素子を有し、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは３以上の整数）の受信部であって、前記第１生体によって前記第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を、それぞれが当該受信アンテナ素子を用いて所定期間受信するＮ個の受信部と、第２生体に対して前記Ｍ個の送信アンテナ素子より送信された第２送信信号が前記第２生体によって反射された反射信号を含む第２受信信号を前記Ｎ個の受信部に予め受信させることにより得られたＭ×Ｎ個の第２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個の受信部それぞれが前記第１受信信号を受信することにより得られたＭ×Ｎ個の前記第１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最大値が閾値を上回ったか否かに応じて前記第１生体の生体認証を行い、前記第１生体の生体認証を行う場合、所定の方法で、前記第１生体と前記第２生体とが同一であると識別する回路と、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で読み取り可能な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及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、生体識別の等価エラー率を小さくすることができる。

図１は、実施の形態における識別装置の構成の一例を示す構成図である。図２は、図１に示す教師信号の一例を示す図である。図３は、図１に示す回路の詳細構成の一例を示す構成図である。図４は、実施の形態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、図４に示すステップＳ１４の詳細動作を示すフローチャートである。図６は、図４に示すステップＳ１５の詳細動作を示すフローチャートである。図７は、実施の形態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、図７に示す環境において受信した受信信号より算出した伝搬チャネルの一例を示す図である。図９は、図８に示す伝搬チャネルからＤＣ成分を除去したＤＣ除去チャネルの一例を示す図である。図１０は、相関係数の最大値を複数記載したグラフの一例を示す図である。図１１は、実施の形態における閾値を変更したときのＦＡＲ及びＦＲＲをプロットした図である。

（本開示の基礎となった知見）
特許文献１及び２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する。そして、測定した結果に対して演算処理を行うこと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により生体識別を実現している。しかしながら、上述したように、教師データに被測定者のデータが含まれない場合、当該被測定者のデータに最も近い教師データを本人として認識し、他人を誤って受け入れてしまうという問題がある。

ところで、このような生体識別の判定に用いる閾値をゆるくすれば、本人拒否率（ＦＲＲ）は減り、他人受入率（ＦＡＲ）が増えるという関係がある。一方で、当該閾値をきつくすれば、本人拒否率が増え、他人受入率は減るという関係がある。つまり、他人受入率（ＦＡＲ）だけ低下させても意味がなく、本人拒否率（ＦＲＲ）の低下と、他人受入率（ＦＡＲ）の低下とを両立させることが必要である。換言すると、他人受入率（ＦＡＲ）及び本人拒否率（ＦＲＲ）が等しくなる（バランスポイントである）エラー率である等価エラー率を小さくすることが求められている。

発明者らは、こ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等価エラー率（ＥＥＲ）を低下させるには、次のようなことを見出した。すなわち、識別対象の生体の周囲にアンテナ素子を設置し様々な方向から送信波を送信し、かつ、様々な方向にて反射波、散乱波を受信することで生体の特徴をより多く補足した受信信号を取得する。そして、受信信号と教師データとの間の複数の相関係数を算出することで、教師データ中に測定対象の生体が有るか否かを精度よく識別できることを見出した。

より具体的には、上記目的を達成するために、本開示の一態様に係る識別装置は、第１生体を含む所定範囲に第１送信信号を送信するＭ個（Ｍは１以上の整数）の送信アンテナ素子と、それぞれ受信アンテナ素子を有し、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは３以上の整数）の受信部であって、前記第１生体によって前記第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を、それぞれが当該受信アンテナ素子を用いて所定期間受信するＮ個の受信部と、第２生体に対して前記Ｍ個の送信アンテナ素子より送信された第２送信信号が前記第２生体によって反射された反射信号を含む第２受信信号を前記Ｎ個の受信部に予め受信させることにより得られたＭ×Ｎ個の第２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個の受信部それぞれが前記第１受信信号を受信することにより得られたＭ×Ｎ個の前記第１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最大値が閾値を上回ったか否かに応じて前記第１生体の生体認証を行い、前記第１生体の生体認証を行う場合、所定の方法で、前記第１生体と前記第２生体とが同一であると識別する回路と、を備える。

これによれば、第１生体の周囲に設置した受信アンテナ素子から得た測定信号である第１受信信号と教師信号とから複数の相関係数を算出することができる。そして、複数の相関係数のうちの最大値が閾値を上回ったかどうかに応じて、第１生体と教師データに含まれる第２生体とが同一であることを識別することで生体認証を行うことができる。それにより、第１生体が教師データに含まれない時に他人を本人と受け入れてしまう誤りを抑制できるので、等価エラー率（ＥＥＲ）を小さくすることができる。

ここで、例えば、前記回路は、算出した前記複数の相関係数の最大値が閾値を上回った場合に前記第１生体の生体認証を行い、前記複数の相関係数の最大値が前記閾値を下回った場合、前記第１生体の生体認証を行わない。

また、例えば、前記回路は、前記最大値を有する相関係数に対応する前記第１生体と前記第２生体とが同一であると識別する。

また、例えば、前記回路は、前記第１受信信号及び前記第２受信信号のうちの少なくとも前記第１受信信号は、所定の方法でＤＣ（Direct Current）成分が除去されるとしてもよい。

これにより、受信信号から、生体の識別には不要なノイズ成分であるＤＣ成分を抑制することができ、生体識別を効率よく行うことができる。

また、例えば、前記回路は、前記複数の相関係数として、スライディング相関演算により、前記教師信号と前記Ｍ×Ｎ個の前記第１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としてもよい。

これによれば、スライディング相関の時間相関係数の最大値を用い生体認証を行うか判定することができる。それにより、第１生体が教師データに含まれない時に他人を本人と受け入れてしまう誤りを抑制できるので、等価エラー率（ＥＥＲ）を小さくすることができる。

以下、本開示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、いずれも本開示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、本開示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、本開示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）
［識別装置１０の構成］
図１は、実施の形態における識別装置１０の構成の一例を示す構成図である。図２は、図１に示す教師信号４２の一例を示す図である。図３は、図１に示す回路４０の詳細構成の一例を示す構成図である。

本開示における識別装置１０は、Ｍ個（Ｍは１以上の整数）の送信アンテナ素子と、それぞれ受信アンテナ素子を有するＮ個（Ｎは３以上の整数）の受信部と、回路４０と、メモリ４１とを備える。

Ｍ個の送信アンテナ素子は、生体５０を含む所定範囲Ａ１に送信信号を送信する。送信信号は、送信機等により生成されたマイクロ波などの高周波の信号である。生体５０は、ヒト等である。生体５０は、識別装置１０の識別対象であり、生体認証が行われる生体である。所定範囲Ａ１とは、予め定められた範囲の空間であり生体５０を含む空間である。換言すると、所定範囲Ａ１は、識別装置１０が生体５０を識別するために用いられる空間である。

Ｍ個の送信アンテナ素子は、例えば、測定対象の生体５０である第１生体を含む所定範囲Ａ１に第１送信信号を送信する。また、Ｍ個の送信アンテナ素子は、教師データとしての既知の生体５０である第２生体を含む所定範囲Ａ１に第２送信信号を送信する。

Ｎ個の受信部は、それぞれ受信アンテナ素子を有し、所定範囲Ａ１の周囲を囲んで配置される。Ｎ個の受信部はそれぞれ、当該受信アンテナ素子を用いて、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。例えば、Ｎ個の受信部はそれぞれ、当該受信アンテナ素子を用いて、第１生体によって第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を所定期間受信する。また、例えば、Ｎ個の受信部はそれぞれ、当該受信アンテナ素子を用いて、第２生体によって第２送信信号が反射された反射信号を含む第２受信信号である教師信号を所定期間のＫ倍（Ｋは２以上）の期間、受信する。

本実施の形態では、識別装置１０は、図１に示すように、例えば８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈと、回路４０と、メモリ４１とを備える。つまり、Ｍ個の送信アンテナ素子及びＮ個の受信部は、８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈで構成されてもよい。なお、送受信部は、８個に限らない。

［送受信部３０Ａ～３０Ｈ］
本実施の形態では、８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈは、所定範囲Ａ１の周囲の位置に配置され、ヒト等の生体５０を含む所定範囲Ａ１に対して送信信号を送信することで、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。例えば、８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈは、それぞれが等間隔に円形に配置されてもよく、所定範囲Ａ１の外側の位置に配置されてもよい。

図１に示すように、送受信部３０Ａ～３０Ｈはそれぞれ、１個のアンテナ素子３１Ａ～３１Ｈを有している。送受信部３０Ａ～３０Ｈは、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈを用いて、所定範囲Ａ１に送信信号を送信する。より具体的には、送受信部３０Ａ～３０Ｈは、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈを用いて、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。なお、送受信部３０Ａ～３０Ｈは、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈを用いて、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。変調処理が行われた送信信号を送信する場合、送受信部３０Ａ～３０Ｈは、変調処理を行うための回路をさらに含むとしてもよい。

また、送受信部３０Ａ～３０Ｈは、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。送受信部３０Ａ～３０Ｈは、受信した受信信号を回路４０に出力する。なお、送受信部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。この場合、送受信部３０Ａ～３０Ｈのそれぞれは、受信した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、送受信部３０Ａ～３０Ｈのそれぞれは、受信信号に復調処理を行ってもよい。そして、送受信部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。

なお、図１に示す例では、送信部と受信部とを、それぞれ送信用と受信用とで共通の１個のアンテナ素子を持つ８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈで構成されるとして表現したが、これに限らない。８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈは、８個に限らず、Ｎ個（Ｎは３以上の整数）の送受信部で構成されてもよい。また、Ｍ個（Ｍは１以上の整数）の送信アンテナ素子を有する送信部とＮ個の受信アンテナ素子とを有する受信部とが別々に設けられるとしてもよい。

［メモリ４１］
メモリ４１は、不揮発性の記憶領域を有する補助記憶装置であり、例えば、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（ＨａｒｄＤｉｓｋＤｒｉｖｅ）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。

メモリ４１は、図１に示すように、教師信号４２を記憶している。この教師信号４２は、所定範囲Ａ１に居る既知の生体５０である第２生体に対して予め取得された信号波形である。より具体的には、教師信号４２は、第２生体に対してＭ個の送信アンテナ素子より送信された第２送信信号が第２生体によって反射された反射信号を含む第２受信信号をＮ個の受信部に予め受信させることにより得られたＭ×Ｎ個の第２受信信号である。ここで、教師信号４２は、所定期間のＫ倍（Ｋは２以上）の期間、Ｎ個の受信部が予め第２受信信号を受信することにより得られたＭ×Ｎ個の第２受信信号であってもよい。

本実施の形態では、Ｍ個の送信アンテナ素子及びＮ個の受信部は、図１に示すように８個の送受信部３０Ａ～３０Ｈで構成されている。この場合における教師信号４２の一例について図２を用いて説明する。図２に示す教師信号４２は、１個の受信部が測定期間において受信した受信信号の一例である。

図２に示す教師信号４２は、所定範囲Ａ１にいる既知の生体５０（第２生体）に対して、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈから送信された送信信号が当該生体５０の表面によって反射された反射信号を含む受信信号を、送受信部３０Ａ～３０Ｈが予め受信することにより得られた複数の受信信号の時間応答波形である。つまり、図２に示す教師信号４２は、送受信部３０Ａ～３０Ｈが反射信号を含む受信信号を、測定期間において、予め受信することにより得られた複数の受信信号である。ここで、測定期間は、上記の所定期間のＫ倍（Ｋは２以上）の期間である。測定期間は、例えば１２０〔ｓ〕であるが、これに限らない。ヒトの心拍の周期以上であればよいので、３〔ｓ〕でもよいし、１０〔ｓ〕でもよいし、３０〔ｓ〕でもよい。

なお、教師信号４２は、複数の既知の第２生体のそれぞれについて予め取得されるとしてもよい。この場合、複数の既知の第２生体にそれぞれに対応する複数の教師信号４２は、対応する第２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に記憶されればよい。

［回路４０］
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。この記憶領域は、例えば、ＲＡＭ（ＲａｎｄｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）である。

回路４０は、Ｎ個の受信部のそれぞれから取得した第１受信信号を、記憶領域に所定期間、一時的に記憶する。回路４０は、第１受信信号の位相及び振幅を当該記憶領域に所定期間、一時的に記憶してもよい。本実施の形態では、回路４０は、送受信部３０Ａ～３０Ｈのそれぞれから取得した受信信号を記憶領域に所定期間、一時的に記憶する。

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。また、回路４０は、不揮発性の記憶領域を有していてもよい。

続いて、回路４０の機能的な構成について説明する。

回路４０は、図３に示すように、ＤＣ除去部４０１と、相関係数算出部４０２と、識別判定部４０３と、識別部４０４とを有する。なお、ＤＣ除去部４０１は必須でない。

＜ＤＣ除去部４０１＞
ＤＣ除去部４０１は、所定の方法により、第１受信信号及び第２受信信号のうちの少なくとも第１受信信号のＤＣ（Direct Current）成分を除去する。

より具体的には、まず、ＤＣ除去部４０１は、回路４０の記憶領域に記憶している受信信号とメモリ４１に記憶されている教師信号とを用いて、それぞれの伝搬チャネルＨ（ｔ）を算出する。

ここで、Ｍ_ｒ個の受信アンテナ素子とＭ_ｔ個の送信アンテナ素子とで構成されるＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ－ＩｎｐｕｔａｎｄＭｕｌｔｉｐｌｅ－Ｏｕｔｐｕｔ）アレーアンテナを生体５０の周囲に配置した場合に得られる伝搬チャネルＨ（ｔ）は、以下の（式１）で表される。

（式１）において、ｈ_ｉｊはｊ番目の送信機からｉ番目の受信機の複素チャネル応答を示し、ｔは観測時間を示す。

次に、ＤＣ除去部４０１は、以下の（式２）で表される、受信信号と教師信号との伝搬チャネルから、生体５０の識別に不要なノイズ成分であるＤＣ成分を除去したＤＣ除去チャネルを算出する。ＤＣ除去部４０１は、算出したＤＣ除去チャネルをメモリ４１に記憶してもよいし、回路４０の記憶領域に記憶してもよい。

ここで、受信信号と教師信号とのＤＣ除去チャネルＨ_{ｗ／ｏＤＣ}（ｔ）は、以下の（式３）及び（式４）に示されるように、伝搬チャネルの各成分から、各成分の測定時間平均で算出されるＤＣ成分が減算されることで算出される。

ここで、Ｎはスナップショット数を示し、Ｆ_ｓはサンプリング周波数を示し、Ｔは測定時間を示す。

なお、ＤＣ成分の除去方法は、（式３）の右辺で表される方法に限らない。例えば、生体５０の居ない無人の所定範囲Ａ１において得た伝搬チャネルを減算することでＤＣ成分を除去してもよい。

＜相関係数算出部４０２＞
相関係数算出部４０２は、メモリ４１に記憶されている教師信号４２と、回路４０の記憶領域に記憶している複数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。より具体的には、相関係数算出部４０２は、教師信号と、Ｎ個の受信部それぞれが第１受信信号を受信することにより得られたＭ×Ｎ個の第１受信信号とから、複数の相関係数を算出する。

ここで、複数の相関係数は、スライディング相関演算により算出されてもよい。すなわち、相関係数算出部４０２は、複数の相関係数として、スライディング相関演算により、教師信号とＭ×Ｎ個の第１受信信号のそれぞれとの間の複数の相関係数を算出してもよい。なお、スライディング相関演算とは、観測した受信信号をスライドさせながら教師信号と比較することで、２つの信号の相関が一番高くなる時間関係を見つけることができる演算である。

また、相関係数算出部４０２は、ＤＣ除去部４０１が複数の受信信号及び教師信号のＤＣ除去チャネルを算出し、メモリ４１または回路４０の記憶領域に記憶している場合、複数の受信信号及び教師信号４２のＤＣ除去チャネルを用いて複数の相関係数を算出すればよい。そして、複数の相関係数は、スライディング相関演算により算出されてもよい。換言すると、相関係数算出部４０２は、教師信号４２及び複数の受信信号のＤＣ除去チャネルを用いて、スライディング相関演算により、それぞれとの間の複数の相関係数を算出してもよい。

ここで、複数の相関係数を算出する方法の一例について説明する。

（式１）を用い、スナップショット数をＮ_Ｔとしたときに、第１生体を含む所定範囲Ａ１に対して得られる測定チャネルを識別用チャネルＨ_Ｔ（ｔ）とする。また、登録者数をＳ、スナップショット数をＮ_Ｄとして、同様に（式１）を用いて予め測定されたｑ番目の登録者のデータベースチャネルをＨ_Ｄ（ｔ、ｑ）と定義する。なお、Ｈ_Ｄ（ｔ、ｑ）は、教師信号に含まれるｑ番目の第２生体を含む所定範囲Ａ１に対して得られる測定チャネルに該当する。

このとき、識別用チャネルを得るための測定時間を短くするため、スナップショット数Ｎ_ＴとＮ_Ｄの関係が、（式５）に示す関係となるように設定する。そして、スライディング相関の時間窓の長さをＮ_Ｔとする。

また、時間窓を合わせた識別用チャネル及びデータベースチャネルに関して、（式２）を用いてＤＣ成分を除外したものを、Ｈ_{ＴＷ／ｏＤＣ}（ｔ）及びＨ_{ＤＷ／ｏＤＣ}（ｔ、ｑ）とする。これらを用いて、スライディング相関を用いた評価関数ρ（ｐ、ｑ）は、（式６）及び（式７）で表される相関係数を求める演算により算出される。（式６）及び（式７）において、ｐはスライディング相関を計算するためのループ数を示す。

なお、スライディング相関を用いた評価関数ρ（ｐ、ｑ）は、上記（式６）及び（式７）で表される場合に限らず、例えば、（式８）で表されてもよい。また、スライディング相関を用いた評価関数ρ（ｐ、ｑ）は、（式８）からトライアル数ｒを除外した（式９）または（式１０）で表されてもよい。（式９）では、時間相関の期待値で相関が演算される。（式１０）では、最も大きな時間相関をもつアンテナの組み合わせで相関が演算、すなわち、ＭＩＭＯの組み合わせの中から相関の高い組み合わせを選択して相関が演算される。

＜識別判定部４０３＞
識別判定部４０３は、算出した複数の相関係数の最大値が閾値を上回ったか否かに応じて第１生体の生体認証を行う。例えば、識別判定部４０３は、算出した複数の相関係数の最大値が閾値を上回った場合に第１生体の生体認証を行い、複数の相関係数の最大値が閾値を下回った場合、第１生体の生体認証を行わないとすればよい。

本実施の形態では、識別判定部４０３は、相関係数算出部４０２により算出された複数の相関係数の最大値と、所定の方法で入力された例えば０．６などの閾値と比較する。例えば識別判定部４０３は、当該相関係数の最大値が閾値以上の場合、第１生体の生体認証として識別部４０４にて第１生体の識別を行う。一方で、識別判定部４０３は、当該相関係数の最大値が閾値未満の場合、第１生体は教師信号において該当者無しとし、第１生体の生体認証を行わずに識別処理を終了する。なお、識別判定部４０３は、例えば（式６）に示される評価関数ρ（ｐ、ｑ）から抽出した最大評価関数ρ_ｍａｘ（ｐ、ｑ）と閾値とを比較し、閾値を上回ったか否かに応じて第１生体の生体認証を行う。

＜識別部４０４＞
識別部４０４は、第１生体の生体認証を行う場合、所定の方法で、第１生体と第２生体とが同一であると識別する。より具体的には、識別部４０４は、最大値を有する相関係数に対応する第１生体と第２生体とが同一であると識別する。

本実施の形態では、識別部４０４は、識別判定部４０３により、当該相関係数の最大値が閾値以上であると判定された場合、当該相関係数の最大値を得た生体５０を教師データに含まれる既知の生体５０と同一であると識別する。つまり、識別部４０４は、抽出した最大評価関数ρ_ｍａｘ（ｐ、ｑ）をとった登録者ｑ（第２生体）が、生体認証の対象であった第１生体であると分類することで、登録者ｑと第１生体とが同一であると識別する。

このようにして、図１に示す識別装置１０は、送受信部３０Ａ～３０Ｈで受信された受信信号を、回路４０で処理することで、生体５０を識別することができる。

［識別装置１０の動作］
次に、以上のように構成された識別装置１０の動作について説明する。図４は、実施の形態における識別装置１０の動作の一例を示すフローチャートである。図５は、図４に示すステップＳ１４の詳細動作を示すフローチャートである。図６は、図４に示すステップＳ１５の詳細動作を示すフローチャートである。

まず、識別装置１０は、Ｍ個の送信信号を送信し、Ｎ個の受信信号を受信する（Ｓ１１）。より具体的には、識別装置１０は、Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて、第１生体を含む所定範囲Ａ１に第１送信信号を送信する。そして、識別装置１０は、Ｎ個の受信部のそれぞれが、当該受信アンテナ素子を用いて、第１生体によって第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を所定期間受信する。本実施の形態では、送受信部３０Ａ～３０Ｈは、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈに、識別対象の生体５０である第１生体を所定範囲Ａ１内に配置した状態で、所定範囲Ａ１へ送信信号を送信させる。そして、送受信部３０Ａ～３０Ｈは、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈを用いて、第１生体によって第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を所定期間受信する。

ここで、図７は、実施の形態における識別装置１０による識別試験に用いた環境を示す図である。図８は、図７に示す環境において受信した受信信号より算出した伝搬チャネルの一例を示す図である。

図７に示すように、本識別試験では、送受信部３０Ａ～３０Ｈに相当する８台の送受信機を用いている。８台の送受信機は、被験者５０ａを中心として０．５ｍの半径で、かつ、４５度間隔で円形に並べて配置されている。被験者５０ａは、識別試験において識別対象の生体５０すなわち第１生体に相当する。また、アンテナ素子３１Ａ～３１Ｈに相当する受信アンテナ素子及び送信アンテナ素子として１素子の方形パッチアンテナを用いている。より具体的には、８台の送受信機が有する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り、床面から０．９ｍの高さに設置されている。８台の送受信機が有する８個の送信アンテナ素子は、対応する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。

なお、図８に示すように、伝搬チャネルの成分ｈ_１１および成分ｈ_８８が他の成分に比べて周期的で大きな変動を示しており、同様の波形となっていることが分かる。成分ｈ_１１は被験者５０ａの正面にある受信アンテナ素子のチャネル応答であり、成分ｈ_８８は被験者５０ａから見て右前方にある受信アンテナ素子のチャネル応答である。

その他の成分は、被験者５０ａの背面または側面にある受信アンテナ素子のチャネル応答である。つまり、生体の背面及び側面の変動は小さいことが分かる。これは生体活動による変動は生体の胸部及び／または腹部で起こるためと考えられる。

次に、識別装置１０は、ステップＳ１１で取得した複数の受信信号と、メモリ４１に記憶されている教師信号４２からＤＣ成分を除去する（Ｓ１２）。より具体的には、まず、識別装置１０は、既知の生体５０である第２生体に対してＭ個の送信アンテナ素子より送信された第２送信信号が第２生体によって反射された反射信号をＮ個の受信部が予め受信することにより得られたＭ×Ｎ個の第２受信信号である教師信号４２をメモリ４１から読み出す。そして、識別装置１０は、ステップＳ１１で取得した第１受信信号と、メモリ４１から読み出した教師信号からＤＣ成分を除去する。本実施の形態では、回路４０は、教師信号４２をメモリ４１から読み出し、教師信号４２とステップＳ１１で取得した受信信号を用いて、それぞれのＤＣ除去チャネルを算出する。

図９は、図８に示す伝搬チャネルからＤＣ成分を除去したＤＣ除去チャネルの一例を示す図である。図９には、一例として伝搬チャネルの成分ｈ_１１、成分ｈ_８８および成分ｈ_７７からＤＣ成分を除去したＤＣ除去チャネルの成分ｈ_１１、成分ｈ_８８および成分ｈ_７７が示されている。図８に示されるように、被験者５０ａの位置により伝搬チャネルのＤＣ成分が異なっているので、伝搬チャネルの成分波形の縦軸（つまり強度）方向の位置が異なっている。このようにＤＣ成分が異なっている伝搬チャネルの成分を用いて識別処理を行うと、識別精度が劣化する。一方、図９では、伝搬チャネルのＤＣ成分が除去されており、伝搬チャネルの成分波形の縦軸（つまり強度）方向の位置がそろっている。つまり、ＤＣ成分が除去された伝搬チャネルの成分を用いて識別処理を行った場合、識別精度が向上する。

次に、識別装置１０は、ステップＳ１２でＤＣ成分を除去した複数の受信信号と、教師信号４２とを用いて、複数の相関係数を算出する（Ｓ１３）。より具体的には、識別装置１０は、所定の方法でＤＣ成分が除去された教師信号と、Ｎ個の受信部それぞれにおいて受信され、かつ所定の方法でＤＣ成分が除去されたＭ×Ｎ個の第１受信信号とから複数の相関係数を算出する。本実施の形態では、回路４０は、ステップＳ１２で算出したそれぞれのＤＣ除去チャネルから複数の相関係数を算出する。なお、複数の相関係数の算出方法の詳細は、（式１）～（式１０）を用いて説明した通りであるので説明を省略する。

次に、識別装置１０は、第１生体の生体認証を行うか否かを判定する（Ｓ１４）。より具体的には、識別装置１０は、複数の相関係数の最大値が閾値を上回ったか否かに応じて第１生体の生体認証を行うか否かを判定する。

より詳細には、図５に示すように、まず、回路４０は、ステップＳ１３で算出した複数の相関係数の最大値を算出する（Ｓ１４１）。次いで、回路４０は、当該相関係数の最大値と、例えば０．６などの閾値とを比較し、当該相関係数の最大値が閾値以上であるかを判定する（Ｓ１４２）。ステップＳ１４２において、当該相関係数の最大値が閾値以上である場合（Ｓ１４２でＹｅｓ）、回路４０は、該当者有と判定し（Ｓ１４３）、ステップＳ１５に進む。一方、ステップＳ１４２において、当該相関係数の最大値が閾値より小さい場合（Ｓ１４２でＮｏ）、回路４０は、該当者無と判定し（Ｓ１４４）、識別装置１０の動作を終了する。なお、識別装置１０は、該当者無と判定した場合、識別対象の生体５０すなわち第１生体は、教師信号に含まれる既知の生体５０ではないと判定し、生体認証を拒否する応答を返してもよい。

図１０は、相関係数の最大値を複数記載したグラフの一例を示す図である。図１０は、例えば（式６）に示されるスライディング相関を用いた評価関数ρ（ｐ、ｑ）の最大評価関数ρ_ｍａｘ（ｐ、ｑ）を示す図の一例である。図１０では、教師データに含まれる複数の第２生体と、識別対象の生体５０である第１生体とのスライディング相関が示されている。図１０において、最もピークの高い実線で示される相関係数は第１生体と一致する第２生体があることを示している。２番目にピークの高い破線で示される相関係数は第１生体とよく似た特徴を持つ他人を示す第２生体があることを示している。３番目以降のピークをもつ相関係数は第１生体と異なる特徴を持つ他人を示す第２生体があることを示している。

図１１は、実施の形態における閾値を変更したときのＦＡＲ及びＦＲＲをプロットした図である。図１１には、識別装置１０により算出した複数の相関係数と、変更した閾値とを用いて生体認証した場合の他人受入率（ＦＡＲ）及び本人拒絶率（ＦＲＲ：ＦａｌｓｅＲｅｊｅｃｔｉｏｎＲａｔｅ）が示されている。図１１に示すように、閾値が大きくなるにつれて他人受入率（ＦＡＲ）が低下するのと同時に、本人拒絶率（ＦＲＲ）が上がるのがわかる。つまり、図１１に示すように、閾値を０．６ではなく０．７などと大きくすると、他人受入率（ＦＡＲ）はさらに低下するが、本人拒絶率（ＦＲＲ）も上がってしまうのがわかる。なお、本実施の形態では閾値を０．６として説明したが、この閾値は適用先の要件に合わせて適宜変更すればよい。

次に、識別装置１０は、第１生体が教師データに含まれる第２生体と同一であるか否かを識別する（Ｓ１５）。より具体的には、識別装置１０は、第１生体の生体認証を行う場合、所定の方法で、第１生体と第２生体とが同一であると識別する。

より詳細には、図６に示すように、まず、回路４０は、第１生体と同一であるかを識別するために用いられる第２生体が、教師データに含まれる第２生体のうち当該相関係数の最大値に対応する第２生体であるかを判定する（Ｓ１５１）。ステップＳ１５１において、回路４０は、当該第２生体が当該相関係数の最大値に対応する第２生体であると判定した場合（Ｓ１５1でＹｅｓ）、当該第２生体が、生体認証を行うための識別対象である第１生体と同一であると識別し（Ｓ１５２）、第１生体の生体認証を終了する。一方、ステップＳ１５１において、回路４０は、当該第２生体が当該相関係数の最大値に対応する第２生体ではないと判定した場合（Ｓ１５１でＮｏ）、当該第２生体と、生体認証を行うための識別対象である第１生体とは異なると識別し（Ｓ１５３）、ステップＳ１５１に戻る。

［効果等］
図７に示す認識試験に用いた環境では、識別装置１０は、生体５０の周囲の例えば８カ所に設置したアンテナ素子のそれぞれから送信波を送信して、受信信号を受信する。そして、識別装置１０は、メモリ４１に記憶されている教師信号と、生体認証の対象である生体５０である被験者５０ａからの受信信号との間の複数の時間的な相関関係を、スライディング相関演算により算出する。ここで、被験者５０ａと教師信号に含まれる既知の生体５０と一致するすなわち、既知の生体５０と被験者５０ａが同一人である場合、スライディング相関の相関係数の最大値が大きくなる。一方、被験者５０ａと教師信号に含まれる既知の生体５０と一致するすなわち、既知の生体５０と被験者５０ａが異なる人である場合、スライディング相関の相関係数の最大値が小さくなる。これにより、識別装置１０は、スライディング相関演算により算出した相関係数の最大値を用いて、被験者５０ａが教師信号に含まれる既知の生体５０に有るか否かを判定することができる。

なお、この傾向は設置するアンテナ素子の本数が多いほど、顕著になり、これにより等価エラー率（ＥＥＲ）の改善に、より貢献可能なこともわかった。

また、識別装置１０の各アンテナ素子が取得する受信信号にＤＣバイアスがかかっており、このＤＣバイアスは、識別装置１０の個体差及び生体５０の微妙な位置の違いによる影響を受けやすく、識別率に影響を与える。このため、本実施の形態に係る識別装置１０は、ＤＣ成分を除去した受信信号を用いて複数の相関係数を算出する。これにより、識別率を改善することができる。

以上のように、本実施の形態に係る識別装置１０によれば、第１生体の周囲に設置した受信アンテナ素子から得た測定信号である第１受信信号と教師信号とから複数の相関係数を算出することができる。そして、複数の相関係数のうちの最大値が閾値を上回ったかに応じて、第１生体と教師データに含まれる第２生体とが同一であることを識別することで生体認証を行うことができる。それにより、第１生体が教師データに含まれない時に他人を本人と受け入れてしまう誤りを抑制できるので、等価エラー率（ＥＥＲ）を小さくすることができる。

図１に示す例で説明すると、識別装置１０は、所定範囲Ａ１の周囲を囲んで配置されるＮ個の送受信部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。生体識別を行う前に算出した相関係数の最大値が閾値を上回るか比較し、相関係数の最大値が閾値以下のときには、該当者無しと判定する。これにより、生体認証の対象である生体５０すなわち第１生体が教師データに含まれる既知の生体５０すなわち第２生体として存在しないときに該当者無とすることができるので、等価エラー率（ＥＥＲ）を小さくすることができる。

また、本実施の形態に係る識別装置１０では、第１受信信号及び第２受信信号のＤＣ成分を所定の方法で除去した上で、相関係数を算出する。これにより、受信信号から、生体識別に不要なノイズ成分であるＤＣ成分を抑制することができるので、生体識別を短時間で効率よく行うことができる。

また、本実施の形態に係る識別装置１０では、複数の相関係数を、スライディング相関演算を用いて算出してもよい。これによれば、スライディング相関の時間相関係数の最大値を用い生体認証を行うか判定することができる。それにより、第１生体が教師データに含まれない時に他人を本人と受け入れてしまう誤りを抑制できるので、等価エラー率（ＥＥＲ）を小さくすることができる。

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５０を識別することができる。つまり、本実施の形態に係る識別装置１０は、カメラ等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５０を識別できる。したがって、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。

本開示は、無線信号を利用して生体を識別する識別装置及び識別方法に利用でき、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識別装置及び識別方法に利用できる。

１０識別装置
３０Ａ～３０Ｈ送受信部
３１Ａ～３１Ｈアンテナ素子
４０回路
４１メモリ
４２教師信号
５０生体
５０ａ被験者
４０１ＤＣ除去部
４０２相関係数算出部
４０３識別判定部
４０４識別部

Claims

第１生体を含む所定範囲に第１送信信号を送信するＭ個（Ｍは１以上の整数）の送信アンテナ素子と、
それぞれ受信アンテナ素子を有し、前記所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは３以上の整数）の受信部であって、前記第１生体によって前記第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を、それぞれが当該受信アンテナ素子を用いて所定期間受信するＮ個の受信部と、
第２生体に対して前記Ｍ個の送信アンテナ素子より送信された第２送信信号が前記第２生体によって反射された反射信号を含む第２受信信号を前記Ｎ個の受信部に予め受信させることにより得られたＭ×Ｎ個の第２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個の受信部それぞれが前記第１受信信号を受信することにより得られたＭ×Ｎ個の前記第１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最大値が閾値を上回ったか否かに応じて前記第１生体の生体認証を行い、
前記第１生体の生体認証を行う場合、所定の方法で、前記第１生体と前記第２生体とが同一であると識別する回路と、を備える、
識別装置。
前記回路は、
算出した前記複数の相関係数の最大値が閾値を上回った場合に前記第１生体の生体認証を行い、前記複数の相関係数の最大値が前記閾値を下回った場合、前記第１生体の生体認証を行わない、
請求項１に記載の識別装置。
前記回路は、
前記最大値を有する相関係数に対応する前記第１生体と前記第２生体とが同一であると識別する、
請求項１または２に記載の識別装置。
前記回路は、
前記第１受信信号及び前記第２受信信号のうちの少なくとも前記第１受信信号は、所定の方法でＤＣ（Direct Current）成分が除去される、
請求項１～３のいずれか１項に記載の識別装置。
前記回路は、
前記複数の相関係数として、スライディング相関演算により、前記教師信号と前記Ｍ×Ｎ個の前記第１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、
請求項１～４のいずれか１項に記載の識別装置。
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第２受信信号を受信することにより得られた前記Ｍ×Ｎ個の前記第２受信信号である、
請求項１～５のいずれか１項に記載の識別装置。
Ｍ個（Ｍは１以上の整数）の送信アンテナ素子と、それぞれ受信アンテナ素子を有し、所定範囲の周囲を囲んで配置されるＮ個（Ｎは３以上の整数）の受信部と、メモリと、回路とを備える識別装置の識別方法であって、
前記Ｍ個の送信アンテナ素子を用いて、第１生体を含む所定範囲に第１送信信号を送信し、
前記Ｎ個の受信部のそれぞれが、当該受信アンテナ素子を用いて、前記第１生体によって前記第１送信信号が反射された反射信号を含む第１受信信号を所定期間受信し、
第２生体に対して前記Ｍ個の送信アンテナ素子より送信された第２送信信号が前記第２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Ｍ×Ｎ個の第２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個の受信部それぞれにおいて受信されたＭ×Ｎ個の前記第１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最大値が閾値を上回ったか否かに応じて前記第１生体の生体認証を行い、
前記第１生体の生体認証を行う場合、所定の方法で、前記第１生体と前記第２生体とが同一であると識別する、
識別方法。