JPH05342333A - 個人認証装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、指画像の入力から照合までの処理を
繰り返すことで個人の認証を行う個人認証装置におい
て、濃度の高い指画像を得にくい条件下での、認証の精
度を向上できるようにすることを最も主要な特徴とす
る。 【構成】たとえば、認証時、プリズム１１に当接された
指Ｆに、光源１２からの光を照射し、その反射光をテレ
ビカメラ１３で撮影する。そして、その出力をＡ／Ｄ変
換器１４でディジタル化し、さらに得た指画像より特徴
抽出部１５で特徴情報を生成する。このとき、画像濃度
計算部１９で計算される指画像の濃度と、温度計測部１
８の計測温度から、指画像の入力から照合までの処理の
回数を制御部１６で決定する。こうして、決定された回
数の処理を繰り返す間に入力されるであろう、高い濃度
の指画像を使っての照合を可能とする構成となってい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、たとえば指紋や第
１，第２の関節部分を含む指画像を用いて個人の認証を
行う個人認証装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば指の第１，第２の関節部
分を含む指画像の画素濃度を指の長手方向と直交する方
向に加算して加算信号（特徴情報）を求め、これを認証
パラメータとして用いる個人認証装置が開発されてい
る。

【０００３】この種の個人認証装置では、被認証者本人
の指の画像情報より求められた被照合用の特徴情報をあ
らかじめ記憶（登録）しておき、これと認証時に被認証
者によって入力された本人の指画像から得た特徴情報と
を比較照合することにより、個人の認証、つまり本人か
否かを判断するようになっている。

【０００４】さて、このような個人認証装置における指
画像の入力部としては、たとえばプリズムを主体に構成
されるものが一般的となっている。すなわち、個人認証
装置の指画像入力部は、指を置く透明なプリズムと、こ
のプリズムを介して指を照明する光源と、この光源から
の光の反射光像を電気信号（画像信号）に変換するカメ
ラとからなる。

【０００５】プリズムに指の腹面を当接すると、指の指
紋や関節部分のしわの模様などによって形成される指の
皮膚の凹凸に起因して、プリズム面に接触するところと
接触しないところがでてくる。この状態で、プリズムを
介して光源からの光により指を照明すると、プリズムの
指を置く面の何も接触していない部分では光源からの光
がプリズム内で全反射されるために、理想的には入力光
のすべてがカメラで捕らえられる。

【０００６】逆に、プリズムの指を置く面の、皮膚が接
触している部分では全反射の条件を満たさなくなるの
で、光の拡散が起こり、カメラで捕らえられる光は入力
光の一部となる。

【０００７】この結果、プリズムと接触している部分の
輝度は低く（画素濃度は高く）、接触していない部分の
輝度は高く（画素濃度は低く）なり、皮膚の凹凸に対応
したコントラストをもつ指の画像が得られる。

【０００８】ところで、上述の認証方式において用いら
れる加算信号は１次元の信号であり、各関節部分に対応
する横しわの位置に急峻な谷（極小値）を持ち、これが
認証のためのパラメータ（個人性）となっている。

【０００９】しかし、認証時に入力される指画像は、登
録時のそれと完全に一致させることは不可能であり、こ
のため、被認証者本人であるにもかかわらず、照合によ
って他人と誤判定されてしまう場合が発生する。これ
は、指の置き方や指の表面（腹面）の状態の違いなどが
原因となって起こるものである。

【００１０】そこで、１回だけの照合で本人／他人を判
定することなく、指画像の入力から照合までの処理を複
数回にわたって連続的に繰り返す方法が考えられてい
る。この方法は、適当な時間または回数を設定してお
き、この制限内において繰り返し処理を行った結果、本
人と認められない場合に始めて他人と判定することで、
指の置き方や指の表面の状態の違いなどが原因となって
起こる判定の誤りを減らそうとするものである。

【００１１】しかしながら、気温が低く、指が乾燥して
いる環境下においては、適正なコントラストの指画像が
得られるまでの時間が通常よりも長くかかる。このた
め、所定の制限内に繰り返し処理を行っても、本人を判
定できない場合がある。

【００１２】すなわち、指の接触／非接触の違いによっ
て指画像を得るものの場合、指の接触すべき部分をプリ
ズム面に十分に密着させる必要があり、指の表面が適度
に発汗していることが望ましい。

【００１３】したがって、被認証者の指が乾ききってい
るような状態では、指の凸部がプリズム面と十分に密着
しないため、コントラストの低い低品質な指画像しか得
られず、この結果、所定の制限内に本人を判定できない
場合があった。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
においては、気温が低く、指の表面が乾燥しているとき
は、適正なコントラストの指画像が得られるまでの時間
が通常よりも長くかかるため、これが認証の精度に影響
し、繰り返し処理を行っても所定の制限内に本人を判定
できない場合があるという欠点があった。そこで、この
発明は、本人を他人と誤判定する確率を低減でき、認証
の精度を向上することが可能な個人認証装置を提供する
ことを目的としている。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、この発明の個人認証装置にあっては、指画像の入
力と照合とを繰り返すことにより、被認証者本人の認証
を行うものにおいて、認証時に、被認証者本人によって
入力される指画像の濃度を検出する検出手段と、この検
出手段で検出された前記被認証者により入力された指画
像の濃度に応じて、前記指画像の入力と照合とを繰り返
す回数を制御する制御手段とから構成されている。

【００１６】また、この発明の個人認証装置にあって
は、指画像の入力と照合とを繰り返すことにより、被認
証者本人の認証を行うものにおいて、認証時の環境温度
を計測する計測手段と、この計測手段で計測された環境
温度に応じて、前記指画像の入力と照合とを繰り返す回
数を制御する制御手段とから構成されている。

【００１７】さらに、この発明の個人認証装置にあって
は、あらかじめ被認証者の指画像から抽出される特徴を
記憶する記憶手段と、認証時に、被認証者本人の指画像
を入力する入力手段と、この入力手段で入力された被認
証者本人の指画像から抽出される特徴と前記記憶手段に
あらかじめ記憶されている被認証者の指画像から抽出さ
れる特徴とを比較する比較手段と、この比較手段での比
較結果にもとづいて前記被認証者本人を認証する認証手
段と、前記入力手段で指画像を入力すべき被認証者の指
を湿す加湿手段とから構成されている。

【００１８】

【作用】この発明は、上記した手段により、コントラス
トの高い指画像を入力できるようになるため、常に良好
な指画像を用いての照合の処理が可能となるものであ
る。

【００１９】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。図１は、本発明にかかる個人認証装置
の基本構成を示すものである。すなわち、個人認証装置
１０は、その上面にプリズム面（指置き面）が位置する
ように、指置き台としてのプリズム１１が配置されてい
る。

【００２０】個人認証装置１０の内部で、上記プリズム
１１の近傍には、プリズム面に内側より光を照射して指
Ｆの腹面を照明する光源１２が設けられている。この光
源１２と対向する位置、つまりプリズム面に置かれた指
Ｆからの反射光を受光する位置には、少なくとも指紋と
第１，第２関節部とを含む指Ｆの画像情報を撮像する、
たとえばテレビカメラ１３が配置されている。

【００２１】この場合、光源１２からの光は、指Ｆとプ
リズム１１との接触／非接触の違いにより、指紋などの
凹部においては全反射され、それ以外の凸部においては
拡散される。したがって、指Ｆの凸部において拡散され
る光の一部を反射光として受光することにより、指Ｆの
表面の皮膚の凹凸に対応してコントラストをもつ画像情
報がテレビカメラ１３にて撮像される。

【００２２】このカメラ１３から出力される指Ｆの画像
情報は、Ａ／Ｄ変換器１４に供給される。Ａ／Ｄ変換器
１４に供給された指Ｆの画像情報は、たとえば５１２×
５１２画素、８ビット／画素のディジタルの画像信号に
変換される。この画像信号は、後掲する表１の式（１）
で示される。この場合、指Ｆがおおむねｘ軸と平行にな
るように、プリズム１１のプリズム面とテレビカメラ１
４とをあらかじめ位置決めしておく必要がある。

【００２３】Ａ／Ｄ変換器１４より出力される指Ｆの画
像信号ＩＭ（ｘ，ｙ）は、特徴抽出部１５に供給され
る。この特徴抽出部１５では、指Ｆの長手方向と直交す
る方向に画素濃度を加算することにより、指Ｆの特徴情
報が抽出される。この特徴情報は、後掲する表１の式
（２）で示される。

【００２４】この画像特徴抽出部１５で抽出された指Ｆ
の特徴情報Ｐ（ｘ）は、制御部１６に送られる。この制
御部１６には、上記特徴抽出部１５の他、操作部１７、
温度計測部１８、画像濃度計算部１９、記憶装置２０、
メモリ部２１、および照合部２２などが接続されてい
る。操作部１７は、登録または認証などの操作の指示や
被認証者本人のＩＤ番号などを入力する、たとえばキー
ボードからなっている。温度計測部１８は、認証時に、
個人認証装置１０の周囲の温度を計測するものである。

【００２５】画像濃度計算部１９は、認証時に、被認証
者本人によって入力され、前記特徴抽出部１５より供給
される指Ｆの特徴情報Ｐ（ｘ）についての濃度を算出す
るものである。

【００２６】記憶装置２０は、ディスクなどによって構
成されるもので、登録時に、被認証者本人によって入力
され、前記特徴抽出部１５より供給される指Ｆの特徴情
報Ｐ（ｘ）と操作部１７より入力されるＩＤ番号とを対
応つけ、これを被照合用の特徴情報として記憶（登録）
するものである。

【００２７】メモリ部２１は、認証時に、被認証者本人
によって入力され、前記特徴抽出部１５より供給される
指Ｆの特徴情報Ｐ（ｘ）を記憶する第１メモリ２１ａ
と、前記記憶装置２０よりＩＤ番号をもとに読み出され
る被認証者本人の被照合用の特徴情報を記憶する第２メ
モリ２１ｂとからなっている。

【００２８】照合部２２は、前記メモリ部２１の第１メ
モリ２１ａに記憶された指Ｆの特徴情報Ｐ（ｘ）と、第
２メモリ２１ｂに記憶された被照合用の特徴情報とを照
合するものである。この照合部２２での照合の結果は判
定部２３に供給され、本人／他人の判定に供される。

【００２９】しかして、制御部１６は、記憶装置２０に
対する被照合用の特徴情報の登録／読み出し、メモリ部
２１に対する指Ｆの特徴情報および被照合用の特徴情報
の格納／読み出しの他、前記温度計測部１８並びに画像
濃度計算部１９からの出力にもとづいて、前記特徴抽出
部１５における指Ｆの特徴情報Ｐ（ｘ）の抽出から前記
照合部２２における照合までの処理を繰り返す回数（制
限回数）などを決定するようになっている。

【００３０】すなわち、制御部１６では、内部に制限テ
ーブルを有し、このテーブルを気温および指画像のコン
トラストに応じて参照することにより、指画像の入力か
ら照合までの処理を繰り返す回数の制限を制御するよう
になっている。

【００３１】なお、気温と指画像のコントラストの組み
合わせに限らず、たとえば気温または指画像のコントラ
ストのいずれか一方により、制限を変更するようにする
こともできる。図２は、上記した制限テーブルの記述例
を示すものである。

【００３２】すなわち、この制限テーブル１６ａは、気
温と指画像のコントラストの組み合わせに応じて、指画
像の入力から照合までの処理の繰り返しの回数を決定す
るためのものである。

【００３３】ここでは、指画像のコントラストが高い場
合には、気温の高低にかかわらず、繰り返しの回数を所
定の制限内であるｎ１回としている。また、指画像のコ
ントラストが低く、かつ気温が高い場合には所定の制限
よりも少し多いｎ２回、さらにコントラストが低く、気
温も低い場合には所定の制限よりも多分に多いｎ３回と
するようになっている。図３は、上記した指画像（指Ｆ
の画像信号）ＩＭ（ｘ，ｙ）と指Ｆの特徴情報Ｐ（ｘ）
との関係を模式的に示すものである。

【００３４】すなわち、指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）は、同図
（Ａ）に示すように、前記テレビカメラ１３によって読
み取られ、前記Ａ／Ｄ変換器１４によってディジタル化
された指Ｆの画像パターンである。

【００３５】指Ｆの特徴情報Ｐ（ｘ）は、同図（Ｂ）に
示すように、指Ｆの長手方向ｘに対して垂直な方向ｙ
に、それぞれ前記指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の画素濃度を加
算することにより得られる１次元の信号である。この特
徴情報Ｐ（ｘ）は、各関節部に対応する横しわの位置に
急峻な谷（極小値）をもち、これが個人を認証するため
のパラメータ（個人性）となっている。次に、上記した
構成における動作について説明する。

【００３６】まず、指の特徴情報（被照合用の特徴情
報）を登録する場合、被認証者本人の認証に用いる指Ｆ
の、少なくとも第１，第２関節部を含む部分がプリズム
１１のプリズム面に当接される。

【００３７】また、これに前後して、操作部１７より登
録の操作の指示および被認証者本人のＩＤ番号が入力さ
れる。すると、プリズム面に当接された指Ｆに光源１２
からの光が照射され、その反射光像がテレビカメラ１３
で撮影される。そして、その出力がＡ／Ｄ変換器１４に
よってディジタル信号に変換されることにより、図３
（Ａ）に示したような、少なくとも指紋と第１，第２関
節部とを含む指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の入力が行われる。
この指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）は、特徴抽出部１５に送ら
れ、ここで図３（Ｂ）に示したような特徴情報Ｐ（ｘ）
の抽出が上述の如くして行われる。

【００３８】得られた特徴情報Ｐ（ｘ）は、制御部１６
の制御により、記憶装置２０に記憶される。このとき、
特徴情報Ｐ（ｘ）には、被認証者本人のＩＤ番号などの
タグが付されることにより、その特徴情報Ｐ（ｘ）が被
照合用の特徴情報Ｐａ（ｘ）として登録されることにな
る。

【００３９】図４は、上記の被照合用の特徴情報Ｐａ
（ｘ）が記憶装置２０に登録されている状態において、
被認証者の指の画像情報を照合する際（認証時）の処理
の流れを示すものである。

【００４０】たとえば今、操作部１７より認証の操作の
指示および被認証者本人のＩＤ番号が入力される。そし
て、被認証者本人の認証に用いる指Ｆの、少なくとも第
１，第２関節部を含む部分がプリズム１１のプリズム面
に当接されたとする。

【００４１】すると、制御部１６の制御により、記憶装
置２０内より上記ＩＤ番号に対応する被照合用特徴情報
Ｐａ（ｘ）が読み出される。そして、この読み出された
被照合用特徴情報Ｐａ（ｘ）が、メモリ部２１内の第２
メモリ２１ｂに一時的に格納される。

【００４２】一方、プリズム面に当接された指Ｆは光源
１２からの光によって照明されることにより、登録時と
同様にして、テレビカメラ１３で撮影され、さらにＡ／
Ｄ変換器１４によってディジタル化されて、図３（Ａ）
に示したような、少なくとも指紋と第１，第２関節部と
を含む指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）として入力される。

【００４３】そして、特徴抽出部１５で図３（Ｂ）に示
したような特徴情報Ｐ（ｘ）が抽出された後、制御部１
６の制御により、メモリ部２１内の第１メモリ２１ａに
一時的に格納される。

【００４４】また、抽出された特徴情報Ｐ（ｘ）は制御
部１６より画像濃度計算部１９に送られ、ここで指画像
ＩＭ（ｘ，ｙ）の平均濃度ｄが後掲する表１の式（３）
によって検出される。

【００４５】そして、画像濃度計算部１９にて検出され
た平均濃度ｄは制御部１６に送られ、後掲する表１の式
（４）または式（５）にしたがって、指画像ＩＭ（ｘ，
ｙ）のコントラストの評価に供される。

【００４６】もし、その平均濃度ｄが定数ｄ１よりも大
きいか、等しいとき、適正なコントラストの画像が得ら
れたとして、指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の入力から照合まで
の処理の繰り返し回数ｎを適当な回数、たとえば標準的
なｎ１回とする。

【００４７】また、平均濃度ｄが定数ｄ１よりも小さい
ときには、適正なコントラストの画像が得られていない
として、温度計測部１８による気温の計測の結果が取り
込まれる。そして、後掲する表２の式（６）または式
（７）にしたがって、周囲の温度ｔの評価に供される。

【００４８】もし、温度ｔが定数ｔ１よりも大きいか、
等しいとき、適正なコントラストの画像が得らるまでに
多少の時間がかかるとして、指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の入
力から照合までの処理の繰り返し回数ｎを適当な回数、
たとえば標準よりも少し多いｎ２回とする。

【００４９】また、温度ｔが定数ｔ１よりも小さいと
き、気温が低く、指Ｆの表面が乾いているために適正な
コントラストの画像が得らるまでに多くの時間がかかる
として、指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の入力から照合までの処
理の繰り返し回数ｎを適当な回数、たとえば標準よりも
多分に多いｎ３回とする。

【００５０】こうして、指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の入力か
ら照合までの処理の繰り返し回数ｎが決定されると、ま
ず、回数カウンタ（図示していない）のカウント値ｍの
初期化が行われる。この後、前記記憶装置２０より読み
出されて、メモリ部２１内の第２メモリ２１ｂに一時的
に格納されている被照合用の特徴情報Ｐａ（ｘ）と、認
証時に被認証者本人により入力された指画像ＩＭ（ｘ，
ｙ）より求められ、メモリ部２１内の第１メモリ２１ａ
に一時的に格納されている特徴情報Ｐ（ｘ）とが照合部
２２にて照合される。

【００５１】ここでの照合は、後掲する表２の式（８）
に示す如く、たとえば２つの１次元信号（特徴情報Ｐ
（ａ）と被照合用の特徴情報Ｐａ（ｘ））の２乗誤差を
求めながら位置合わせを行い、最も良く一致した状態で
の２乗誤差を照合値Ｓとするようになっている。そし
て、得られた照合値Ｓを適当なしきい値ＴＨと比較する
ことで、次のような判定が判定部２３にて下される。す
なわち、Ｓ≦ＴＨのとき、本人と判定し、処理を終了す
る。Ｓ＞ＴＨのとき、本人と判定できず、処理を繰り返
す。

【００５２】こうして、本人と判定されない場合には、
上記した指画像ＩＭ（ｘ，ｙ）の入力から照合および判
定の処理が順に繰り返される。そして、先に決定された
回数ｎだけ処理を繰り返しても本人と判定されない場
合、他人と判定し、処理は終了される。上記したよう
に、コントラストの高い指画像を入力できるようにして
いる。

【００５３】すなわち、入力された指画像の濃度と周囲
の温度とに応じて、指画像の入力から照合までの処理の
繰り返しの回数を制御できるようにしている。これによ
り、さらにコントラストの高い指画像の入力が期待でき
るようになるため、常に良好な指画像を用いての照合の
処理が可能となる。したがって、低温で、指の表面が乾
燥しており、適度な発汗によって良好な指画像が入力さ
れるまでに長い時間を要するような場合にも、処理の回
数を延長することで、より高い精度で本人／他人を判定
できるようになるものである。

【００５４】なお、上記実施例においては、指画像の入
力から照合までの処理の繰り返しの回数を制御する場合
を例に説明したが、これに限らず、たとえば指画像の入
力から照合までの処理の繰り返しにかかる時間を制御す
るようにしても良い。

【００５５】また、少なくとも指の第１，第２関節部を
含む指画像を用いるものに限らず、たとえば指の指紋だ
けを認証のパラメータとして用いる個人認証装置にも適
用することができる。

【００５６】さらに、指画像の入力から照合までの処理
の繰り返しの回数や時間を制御することなく、常にコン
トラストの高い高品質な指画像の入力を実現するものと
しては、たとえば図５に示すように、個人認証装置１０
´の筐体内に（または、筐体に近接させて）水蒸気発生
装置２５を用意するようにしても良い。

【００５７】この場合、プリズム１１のプリズム面に指
Ｆを当接する際に、水蒸気発生装置２５の水蒸気発生口
２５ａに指Ｆをかざすことで、適度の湿り気を得ること
ができる。このため、周囲の温度や湿度などに影響され
ることなく、また指の表面が乾燥しているような場合に
も、十分にコントラストの高い高品質な指画像を常に入
力することが可能となるものである。

【００５８】ちなみに、水蒸気による指Ｆの湿らしは、
入力の条件を同じくすべく登録時と認証時とでそれぞれ
行うようにしても良いし、認証時にのみ、行うものであ
っても良い。その他、この発明の要旨を変えない範囲に
おいて、種々変形実施可能なことは勿論である。

【００５９】

【発明の効果】以上、詳述したようにこの発明によれ
ば、本人を他人と誤判定する確率を低減でき、認証の精
度を向上することが可能な個人認証装置を提供できる。

【００６０】

【表１】

【００６１】

【表２】

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例にかかる個人認証装置を概
略的に示す構成図。

【図２】同じく、制限テーブルの記述例を説明するため
に示す図。

【図３】同じく、指画像と特徴情報との関係を模式的に
示す図。

【図４】同じく、照合にかかる処理の流れを説明するた
めに示すフローチャート。

【図５】この発明の他の実施例を概略的に示す個人認証
装置の構成図。

【符号の説明】

１０，１０´…個人認証装置、１１…プリズム、１２…
光源、１３…テレビカメラ、１４…Ａ／Ｄ変換器、１５
…特徴抽出部、１６…制御部、１６ａ…制限テーブル、
１７…操作部、１８…温度計測部、１９…画像濃度計算
部、２０…記憶装置、２１…メモリ部、２２…照合部、
２３…判定部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 指画像の入力と照合とを繰り返すことに
   より、被認証者本人の認証を行う個人認証装置におい
   て、 認証時に、被認証者本人によって入力される指画像の濃
   度を検出する検出手段と、 この検出手段で検出された前記被認証者により入力され
   た指画像の濃度に応じて、前記指画像の入力と照合とを
   繰り返す回数を制御する制御手段とを具備したことを特
   徴とする個人認証装置。
2. 【請求項２】 指画像の入力と照合とを繰り返すことに
   より、被認証者本人の認証を行う個人認証装置におい
   て、 認証時の環境温度を計測する計測手段と、 この計測手段で計測された環境温度に応じて、前記指画
   像の入力と照合とを繰り返す回数を制御する制御手段と
   を具備したことを特徴とする個人認証装置。
3. 【請求項３】 あらかじめ被認証者の指画像から抽出さ
   れる特徴を記憶する記憶手段と、 認証時に、被認証者本人の指画像を入力する入力手段
   と、 この入力手段で入力された被認証者本人の指画像から抽
   出される特徴と前記記憶手段にあらかじめ記憶されてい
   る被認証者の指画像から抽出される特徴とを比較する比
   較手段と、 この比較手段での比較結果にもとづいて前記被認証者本
   人を認証する認証手段と、 前記入力手段で指画像を入力すべき被認証者の指を湿す
   加湿手段とを具備したことを特徴とする個人認証装置。