WO2006030781A1 - 指先からの生体情報の抽出方法およびその装置 - Google Patents

指先からの生体情報の抽出方法およびその装置 Download PDF

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Ichiro Fujieda
Katsuki Tai
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The Ritsumeikan Trust
A'syck Co. Ltd.
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/02—Detecting, measuring or recording pulse, heart rate, blood pressure or blood flow; Combined pulse/heart-rate/blood pressure determination; Evaluating a cardiovascular condition not otherwise provided for, e.g. using combinations of techniques provided for in this group with electrocardiography or electroauscultation; Heart catheters for measuring blood pressure
    • A61B5/02007—Evaluating blood vessel condition, e.g. elasticity, compliance
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
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    • A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/0059—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons using light, e.g. diagnosis by transillumination, diascopy, fluorescence

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for extracting biological information from a fingertip.
  • the “biological information” specifically identifies whether the finger is a living body, that is, whether the finger is a living body finger or a fake finger (non-living forged finger). And information on the health level expressed by the rigidity of the blood vessels of the finger of the living body.
  • techniques for optically detecting biological information from the fingertip include photooximetry for determining oxygen saturation of hemoglobin in the peripheral blood vessels of the fingertip [Non-Patent Document 1], and a technique for imaging the distribution of hemoglobin [ [Non-patent document 2], Technology for determining the health level by detecting pulse waves from the fingertip [Patent document 2], Attempt to determine blood glucose level [Non-patent document 3], Portable blood flow sensor [Non-patent document 4], etc. Has been reported.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-075135
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-144420
  • Non-Patent Document 1 Takaya Nobuo, Theoretical Background and Present Status of Fluorescence Oximetry * Future Optics 30 ⁇ 10, pp.644-650 (2001)
  • Patent ⁇ C tribute 2 Ikuo Komshi, Yasnoou Ito, Naofumi Sakauchi, Manami Kobayashi and Yoshio Tsunazawa, Eight new optical imager for hemoglobin distribution in human skin, "Optical Review, Vol. 10, No. 6, pp.592—595 ( 2003)
  • Non-Patent Document 3 Mamoru Tamura, Current Status and Issues of Non-invasive Blood Glucose Measurement Methods ", Optics 33-7, pp.3 80-386 (2004)
  • Non-Patent Document 4 Eiji Higurashi, Renji Sawada, ⁇ Portable Ubiquitous Blood Flow Sensor ", 2nd Integrated Optical Device Technology Workshop Program, IPD02-12, pp.33-36 (2003)
  • each of the above methods extracts an index that represents a certain aspect of human health, but there are, of course, many indicators that are not represented in human health. . If a person's health level can be evaluated with a fingerprint sensor, it can be used as a health monitor, for example, when logging in to a daily network. At that time, as the number of health items that can be evaluated by the fingerprint sensor increases, the fingerprint sensor becomes more useful as a health evaluation device.
  • the present invention solves two problems associated with these fingerprint sensors with a single technique.
  • a biometric information extraction method from a fingertip according to the present invention made to solve the above-described problems includes a contact area of a finger when the finger is pressed against an inspection surface, an amount reflecting the contact area, and a contact portion. Biometric information is extracted based on the relationship with the finger color.
  • pressing the finger against the inspection surface represents a relative relationship between the finger and the inspection surface, and when the inspection surface is stationary and the finger moves, It may be either when the inspection surface moves stationary and when both move together.
  • the finger is a living finger based on the amount of change in the index value of the finger color at the contact portion, either when pressing the finger against the inspection surface or when releasing the pressure, or both It is characterized by identifying or.
  • the power that can use any one of the chromaticity coordinate x, chromaticity coordinate y, and luminance Y of the XYZ color system in particular, the value of the chromaticity coordinate X, Or it is desirable to use the value of luminance Y.
  • the LHS system When the LHS system is used as the color system, it is desirable to use one of the values of luminance L, hue H, and saturation S. It is particularly desirable to use the value of saturation S, .
  • a color detection means for detecting an index value of the color of the finger of the contact portion in either or both of pressing the finger against the inspection surface and releasing the press;
  • Biological identification means for identifying whether or not the finger is a biological finger based on the amount of color change in each case
  • a method for measuring the degree of health using information from the fingertip according to the present invention which has been made to solve the problem relating to the measurement of the degree of health, is a method for measuring the finger when pressing the finger against the test surface. Based on the change in the index value of the finger color corresponding to the change in the contact area or the amount reflecting the contact area, an index representing the stiffness of the finger blood vessel is obtained.
  • any value of chromaticity coordinates x, chromaticity coordinates, and luminance Y can be used. It is desirable to use a value. Also, in the case of the LHS color system, it is desirable to use the value of luminance L, hue H, or saturation S, especially the value of saturation S.
  • a measuring means such as an area for measuring the contact area between the inspection surface and the finger or an amount reflecting the contact area
  • Stiffness calculating means for calculating an index representing the stiffness of the blood vessel of the finger based on a change in the index value of the color corresponding to the change in the contact area
  • the measured value by the fingerprint sensor can be used as a health monitor when logging in to the network every day. At that time, the more health items that can be evaluated by the fingerprint sensor, the more useful the fingerprint sensor is as a health evaluation device.
  • FIG. 1 is a schematic layout diagram of each element of a fingerprint sensor used in an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 A graph showing temporal changes in the values of chromaticity coordinate x, chromaticity coordinate y, and luminance Y when a finger is pressed against the inspection surface at low speed and released.
  • FIG. 3 A graph showing temporal changes in the values of chromaticity coordinates ⁇ , chromaticity coordinates y, and luminance Y when a finger is pressed against the inspection surface at medium speed and released.
  • FIG. 4 A graph showing temporal changes in the values of chromaticity coordinate ⁇ , chromaticity coordinate y, and luminance Y when a finger is pressed at high speed and released.
  • FIG. 12 A diagram (a) that schematically shows how the chromaticity coordinate X changes when the finger is pressed against the inspection surface and when the finger is released, and how the luminance Y changes.
  • Figure (b) A diagram (a) that schematically shows how the chromaticity coordinate X changes when the finger is pressed against the inspection surface and when the finger is released, and how the luminance Y changes.
  • FIG. 13 is a graph showing temporal changes in values of chromaticity coordinate x, chromaticity coordinate y, and luminance Y when a false finger is pressed against the inspection surface and released.
  • FIG. 14 is a graph showing the relationship between the contact area and the values of chromaticity coordinates x, chromaticity coordinates y, and luminance Y when a false finger is pressed against the inspection surface and released.
  • FIG. 20 is a layout view of another type of fingerprint sensor capable of implementing the present invention.
  • FIG. 21 is a graph (a) showing the relationship between the pressure and the spectrum when the living finger is pressed, and the emission spectrum of the GR light source used in the second embodiment (b).
  • FIG. 22 is a graph showing changes in color signals when pressing / depressing the living finger (a) and fake finger (b) used in the second example.
  • FIG. 23 is a graph for explaining various indices used in the second embodiment.
  • FIG. 24 is a graph (a) of the distribution of the value of the index ⁇ R′i and the distribution of the value of the index ⁇ yi (b).
  • FIG. 25 is a table showing the magnitude of the difference between various index values of the biometric finger group and the fake finger group.
  • FIG. 26 is a graph showing measurement results of a living finger which is an example of measurement of the LHS color system.
  • FIG. 27 is a table showing the results measured by the LHS color system.
  • FIG. 28 is an explanatory diagram of the center automatic determination method.
  • FIG. 29 is a graph showing the difference in index value between the center fixing method and the center automatic determination method.
  • FIG. 30 is a table showing differences in index values between the center fixing method and the center automatic determination method.
  • the contact area of the finger when the finger is pressed against the inspection surface or an amount reflecting the contact area (for example, the pressure measured by the pressure sensor is also applied to the finger.
  • the physical quantity to be detected is only the contact area or the amount and color that reflects it, because the biological information is extracted based on the relationship between the finger color of the contact portion and the finger color of the contact portion.
  • Biometric information can be extracted with a very simple device. For example, since the image information output from a fingerprint sensor that has been used conventionally includes both area information and color information, the biometric information extraction method from the fingertip according to the present invention is a conventional device. The fingerprint sensor can be used as it is. Also, a simple software (program) for performing the data processing is sufficient.
  • the information to be used is information on whether the finger is being pressed or released, and the finger in between As for the former, if there is information on the contact area or the amount reflecting it, the former can be detected by a change with time. Therefore, as described above, including the color information, a conventional fingerprint sensor can be used as it is as an apparatus for carrying out the present invention.
  • a conventional fingerprint sensor can be used as it is as an apparatus for carrying out the present invention.
  • the determination at the time of pressing Z release it can also be determined by a change in information on the contact pressure between the finger and the inspection surface.
  • the time for pressing the finger against the inspection surface is determined and the user observes it, it is possible to determine when the button is pressed / released based on simple time information. In the latter case, one small lamp (prompt lamp) may be turned on at regular intervals for the convenience of the user's pressing operation.
  • the finger color of the contact surface when the finger is pressed against the inspection surface (or when the inspection surface is pressed against the finger) and when the finger is released is measured. From the amount of change, it is determined whether the finger is a force that is a living finger or a fake finger. As will be described later, according to the experiments conducted by the present inventors, there is a difference in the color of the finger between the two points in time. It became clear. In particular, the color of the finger is primarily measured by a normal image sensor.
  • RGB values were converted into chromaticity coordinates x, y and luminance Y, and the X coordinates in them were used as color index values, it was found that the difference between the two time points was most noticeable.
  • the brightness Y can be used as an index value since the difference appears next.
  • the color of the finger is different between when it is pressed and when it is released, because the blood is rapidly removed from the blood vessel of the finger by the pressure when it is pressed, and the color changes accordingly.
  • the blood once the blood has been removed, it does not return to the pressing part immediately after the pressure is removed, because it takes a certain amount of time to return to the original state due to the resistance of the blood vessel as described later. Conceivable.
  • the fake finger does not have such a complicated structure, so it changes color when pressed and released. Therefore, both can be clearly identified by this method.
  • the present method detects a reaction of the living body due to an external stimulus.
  • the method detects a reaction of the living body due to an external stimulus. For example, by measuring a change in the color of the finger on the contact surface while the finger is pressed against the test surface, it is possible to detect a pulse wave caused by blood pulsation.
  • This can be adopted as a method of biometric identification, but it does not look at the response to external stimuli, so it cannot be said to be a true “biological” identification.
  • the method according to the present invention looks at a response to an external stimulus, the living body and the non-living body can be more reliably distinguished.
  • the “change amount” of the color may be a simple difference between the X coordinate values of the colors at both time points, or a ratio between the two. In any case, if there is some difference between the two, it is possible to adopt the indicator.
  • the contact area between the finger and the test surface when the finger is pressed against the test surface, or an amount reflecting the contact area (the aforementioned
  • the pressure measured by the pressure sensor is also an amount that reflects the contact area of the finger).
  • Measure the change in finger color According to the evaluation of a plurality of subjects by the present inventors, it has been found that the ratio (change rate) of the finger color to the change in the contact area has a negative correlation with the age of the subject. In other words, the higher the age, the smaller the amount of change in finger color with respect to the change in contact area.
  • the information to be used is the contact area between the finger and the test surface or information on the amount reflecting it and information on the color of the finger. Therefore, this method can be implemented by using a conventional fingerprint sensor. Note that the method according to the present invention is different from the method described above and is essentially irrelevant to the fingerprint sensor, and may be implemented by a dedicated device (health measuring device) having the same function.
  • the chromaticity coordinates x, y and luminance Y are used, but the expression method of hue and luminance is not limited to this. Tristimulus values such as Lab, Luv, etc. It is also possible to use other index values that can be uniquely converted from XYZ. Even when these index values are used, the present invention is similarly implemented by measuring the color change in the same manner as described above. Can power s.
  • the biometric identification method As an embodiment of the biometric identification method according to the present invention, an example will be described in which a biometric finger and a fake finger are identified using a fingerprint sensor.
  • the fingerprint sensor used in this example detects light scattered inside the finger or transmitted through the finger.
  • the light from the light source 10 is transmitted through the light guide plate 11 to the fingertip 12.
  • the scattered light from the fingertip 12 is detected by an image sensor 13 such as a CCD through an appropriate optical system.
  • an appropriate optical system any of an equal-magnification imaging system using a gradient index lens, an imaging optical system using a lens, an imaging optical system in which an optical path is folded back by a mirror, and the like may be used.
  • the image sensor 13 continuously detects the color image of the touch surface of the fingertip and outputs it as an sRGB value.
  • the signal from the image sensor 13 is sent to the image processing apparatus 14, where it is reconstructed as an image and collated with a predetermined image (for example, a fingerprint image of a registrant).
  • a predetermined image for example, a fingerprint image of a registrant.
  • the degree of coincidence between the two is evaluated by a predetermined evaluation method. If the coincidence value is equal to or greater than a predetermined value, it is determined that the detected fingerprint image belongs to the registrant, and the determination signal is sent to a device that uses this fingerprint sensor.
  • there are various types of fingerprint sensors for example, there is a type in which light is irradiated from the side of the finger as shown in FIG. 20. The present invention is similarly applied to those types of fingerprint sensors. be able to.
  • the signal from the image sensor 13 was used for biometric identification as follows. First, in order to measure the finger of a living body, one subject presses the fingertip against the detection surface (light guide plate 11) of the fingerprint sensor at three relative speeds of low speed, medium speed, and high speed. The finger was released immediately after pressing the entire fingertip. The low speed is defined as 2.6 seconds, the time from when the fingertip starts to touch the image sensor 13 until it is fully pressed and released, and the medium speed is defined as the time T is 1.8 seconds. Means that the time T is 1.0 second.
  • the area S of the contact portion between the finger and the inspection surface is measured (the unit is the number of pixels), and the chromaticity coordinate x, chromaticity coordinate y, and luminance Y are compared with the area value S. Plotted. The results are shown in Figs. From these figures, the following features can be confirmed.
  • the chromaticity coordinate X first increases with the area S when pressed, and then decreases. When the finger is moved away from the inspection surface (released), the change in chromaticity coordinate X is small. In other words, in the plot of area value and chromaticity coordinate X, the trajectory does not match when the finger is pressed and when it is released.
  • Luminance Y increases and decreases with the area, but as with chromaticity coordinate X, the locus does not match when pressing and releasing, indicating a history. These characteristics are commonly confirmed even when the pressing time T is different from 2.6 seconds, 1.8 seconds, and 1.0 seconds.
  • Figures 8 to 11 show plots of the area value, chromaticity coordinate x, chromaticity coordinate y, and luminance Y when the pressing time T is 1.8 seconds (2.0 seconds for one person).
  • the biometric identification standard can be set by various methods as follows. First, as shown in Fig. 12 (a), the difference between the chromaticity coordinates X at the time of pressing and releasing when the contact area is a certain value Sa is defined as ⁇ , and this value ⁇ There is a method of determining that a subject is a living body when ⁇ exceeds a predetermined threshold. In addition, as shown in Fig. 12 (b), the maximum value of the contact surface area is S, and the contact is made when pressing and releasing.
  • the difference in brightness ⁇ when the area of the surface is 50% of S is defined as ⁇ ⁇ , and this value ⁇ ⁇ is the predetermined threshold
  • FIGS. 14 the results of a similar experiment performed with a fake finger made of RTV resin are shown in FIGS.
  • the area value, the chromaticity coordinates ⁇ , and the luminance ⁇ are plotted, the color change with almost no history is shown, which is clearly different from the case of the living body in FIGS. This It was confirmed that the method according to the present invention can effectively perform biometric identification.
  • the light source 10 used in the above measurement was a white light source used in a general fingerprint sensor.
  • Figure 21 (a) shows the spectral sensitivity of all pixels while pressing a living finger (subject: 22-year-old male) against a fingerprint sensor using a white light source, using pressure as a parameter. From this graph, it can be seen that the change in intensity due to pressure is particularly large at wavelengths around 550 nm (green) and around 630 resolution (red). That is, as the pressure increases, the green component of the spectrum of the pressing surface becomes particularly strong while the red component becomes particularly weak.
  • a light source composed of only these two wavelengths. Therefore, various measurements were performed in the same manner as in the above example, using a GR light source of a green LED (G_LED) having a central wavelength of 535 nm and a red LED (R-LED) having a central wavelength of 630 nm.
  • G_LED green LED
  • R-LED red LED
  • the emission spectrum of the GR light source used here is shown in Fig. 21 (b).
  • the biological fingers used as subjects were those of 42 male and female subjects aged 21 to 62 years, and the fake fingers were 11 types using various materials such as silicone, urethane, and gelatin. These living fingers and fake fingers were pressed and depressurized by the fingerprint sensor using the GR light source, and image signals were obtained.
  • An example is shown in Figures 22 (a) and (b). The horizontal axis of these graphs is the contact area (number of pixels), and the vertical axis is the normalized G signal value (G 'value) and the normalized R signal value defined by the following equation: (R 'value).
  • FIG. 23 (a) A R'i is the R 'value from when the contact area reaches the predetermined initial value Ax (initial pressing) to the maximum value Amax (maximum pressing) during pressing.
  • a R′f is a change amount of the R ′ value until the contact area returns from the maximum value Amax to the initial value Ax at the time of decompression.
  • the area surrounded by the curve at the time of pressing and depressurizing was designated as SR ′.
  • a R'p is the time until the maximum force Amax is reached when the contact area reaches a predetermined fraction p (0 to p 1) of the maximum value Amax when pressed.
  • a R'r is the amount of change in the R 'value between the points at the time of decompression.
  • ⁇ xi is the amount of change in the chromaticity coordinate X value from when the contact area reaches the predetermined initial value Ax (initial pressing) to the maximum value Amax (maximum pressing) during pressing
  • a xf is This is the amount of change in the R ′ value until the contact area returns from the maximum value Amax to the initial value Ax when the pressure is released.
  • a yi and A yf are similar amounts of change in the chromaticity coordinate y value.
  • ⁇ ⁇ , ⁇ xr, ⁇ ⁇ , A yr shown in Fig. 23 (d) are also the same amount of change as A R'p, ⁇ R'r (Fig. 23 (b)) with respect to chromaticity coordinate ⁇ value, y value. It is. In these, the initial value Ax was changed to 2000, 5000, and 10000, and the fraction p was changed to 0.2, 0.5, and 0.8.
  • the value of the index A yi is in the range of ⁇ 01 ⁇ 01 to + 0 ⁇ 04 for all false finger groups, while +0.05 for all living finger groups. It is in the range of ⁇ + 0.15. This indicates that a fake finger and a living finger can be clearly identified by using a value between + 0 ⁇ 04 and + 0 ⁇ 05 as the threshold value of the index A yi.
  • the separation distance between the false finger and the living finger in each index (the difference between the maximum value of the living finger group and the minimum value of the false finger group, or the minimum value of the living finger group and the false value)
  • a LR was the largest for A R'i, and then the largest for A R'p and A yi. Therefore, it can be said that a living finger and a fake finger can be more reliably identified by using these indices.
  • other indicators for example, A yp, SR ', etc.
  • a LR>0 and the values of the biometric finger group and the fake finger group do not cross each other. It is clear that a biological finger and a fake finger can be reliably identified by setting a threshold value for.
  • This table shows the results of evaluation in three stages, from the largest color change to ⁇ (large), ⁇ (medium), and X (small).
  • S saturation
  • Figures 28 (a) and 28 (b) show a schematic diagram of the method for determining the center of the finger contact area (automatic center determination method).
  • the number of pixels with a threshold value of 50 or more is added in the Y-axis direction, and the X coordinate that maximizes the number is tentatively determined as Xc.
  • A the number of pixels.
  • the index [area S] / [chromaticity coordinate x], [area S] / [chromaticity coordinate y] obtained from chromaticity coordinates x and chromaticity coordinates y does not show a significant correlation with age,
  • the index [area S] / [luminance Y] obtained from luminance Y can be confirmed to increase with age.
  • this index is a force that is considered to indicate the rigidity of the blood vessel of the finger.
  • Figs. 15 to 19 show that the rigidity of the blood vessel increases with age. This tendency clearly agrees with a generally understood physiological tendency, and it can be seen from this that the indicator according to the present invention can be used as an indicator of health.

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Abstract

　本発明は、光学的手段により得られる指先からの情報を用いて、生体識別および健康度の測定を行うことを目的とする。生体識別に関しては、指を検査面に押圧してゆく際と、当該押圧を解除してゆく際の、接触部分の指の色の指標値（特に、色度座標xの値または輝度Yの値）の変化量に基づいて、その変化量が所定値以上であるときに生体の指であると識別する。また、健康度測定に関しては、指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積の変化に対する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得る。

Description

明 細 書
指先からの生体情報の抽出方法およびその装置
技術分野
[0001] 本発明は、指先から生体情報を抽出する方法および装置に関する。ここでいう「生 体情報」は、具体的には、その指が生体のものであるか否か、すなわち、生体の指か 偽指（非生体の偽造指）であるか否か、を識別するための情報、およびその生体の指 の血管の硬直度で表される健康度に関する情報を指す。
背景技術
[0002] 現在、パソコンや携帯電話でパスワード入力の代替を目的とした指紋認証システム が実用化されている。このような指紋認証システムが世の中に広く普及すれば、電子 商取引や電子政府等の新規サービスの普及、インターネット等を用いたネットワーク での情報犯罪の抑止、あるいは空港や原子炉等の施設でのテロ防止等の効果が期 待される。
[0003] ところが、これらの製品が前記偽指等の偽造物（以下、偽指という）に対して脆弱で ある、すなわち、偽指を見抜けない場合もあることが報告されている。そこで、偽指対 策の可能性の一つとして、本願発明者等は一連の入力動作における指紋画像の面 積と色の変化に基づく生体識別方法をすでに提案した [特許文献 1]。この生体識別 方法では、指と検査面との接触面積または接触圧力と、接触部分における指の色の 相関係数を求め、その値からその指が生体のものであるか、そうでなレ、（偽指である） 力を識別していた。ここで、指の色としては、指紋画像を撮影するためのカラー画像 センサの出力である sRGBの値を採用していた。
[0004] 一方、指先から生体情報を光学的に検出する技術としては、指先の末梢血管中の ヘモグロビンの酸素飽和度を求める光ォキシメトリー [非特許文献 1]、ヘモグロビンの 分布を画像化する技術 [非特許文献 2]、指先から脈波を検出して健康度を判定する 技術 [特許文献 2]、血糖値を求める試み [非特許文献 3]、携帯型血流センサ [非特許 文献 4]等が報告されている。
[0005] 特許文献 1：特開 2003-075135号公報 特許文献 2：特開 2003-144420号公報
非特許文献 1 :高谷節雄，〃光ォキシメトリーの理論的背景と現状 *将来 光学 30卷 1 0号， pp.644-650 (2001)
特許^ C献 2 : Ikuo Komshi, Yasnoou Ito, Naofumi Sakauchi, Manami Kobayashi and Yoshio Tsunazawa, 八 new optical imager for hemoglobin distribution in human skin, " Optical Review, Vol. 10， No. 6， pp.592— 595 (2003)
非特許文献 3 :田村守，〃無侵襲血糖値測定法の現状と課題"， 光学 33卷 7号， pp.3 80-386 (2004)
非特許文献 4 :日暮栄治，澤田廉士，〃携帯可能なュビキタス血流センサ"，第 2回集 積光デバイス技術研究会プログラム， IPD02-12, pp.33-36 (2003)
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0006] 生体識別に関しては、特許文献 1に記載の方法では指と検查面との接触面積と色 の関係のみを見ているが、ゴム等により作製された偽指では両者の関係は一義的で あると考えられるのに対し、生体の場合は押圧時と押圧を解除する時とでは両者の 関係は異なるのが一般であると考えられる。そこで、この点に着目すれば、より精度の 高い生体識別が可能になる。
[0007] 次に、健康度測定に関しては、前記各種方法はそれぞれ人の健康のある側面を表 す指標を抽出するものであるが、人の健康にはもちろん、これらでは表されない指標 が数多くある。仮に指紋センサで人の健康度を評価できれば、例えば毎日のネットヮ ークへのログイン時に健康モニタとして使用できる。そのとき、指紋センサで評価でき る健康項目の数が多くなればなるほど、指紋センサは健康度評価装置としても有用と なる。
[0008] 本発明は、これらの指紋センサに関連する 2つの課題を、一つの技術で解決したも のである。
課題を解決するための手段
[0009] 前記課題を解決するためになされた本発明に係る指先からの生体情報抽出方法 は、指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量と、接触部分 の指の色との関係に基づいて、生体情報を抽出することを特徴とする。
[0010] なお、「指を検查面に押圧する」とは、指と検查面との相対的な関係を表すものであ り、検査面が静止して指が移動する場合、指が静止して検査面が移動する場合、お よび、両者が共に移動する場合のいずれであってもよい。
[0011] 前記のうち、生体識別に関する課題を解決するためになされた本発明に係る指先 力 の情報を用いた生体識別方法は、
指を検查面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれ力または双方において、 接触部分の指の色の指標値の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否か を識別することを特徴とする。
[0012] なお、前記指の色の指標値として、 XYZ表色系の色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの いずれかの値を用いることができる力 特に色度座標 Xの値、または輝度 Yの値を用 レ、ることが望ましい。
表色系として LHS系を用いた場合には、輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値を用 レ、ることができる力 特に彩度 Sの値を用いることが望ましレ、。
また、光源としては、緑色光源と赤色光源の組み合わせを用いることが望ましい。こ の場合、指標値としては、後述の A R'i値、 Δ ίΤρ値または A yi値を用いることが望まし い。
[0013] なお、指を押圧する際（または除圧する際）に検出する色の採取範囲の中心は、画 像処理により自動的に決定するようにすることが望ましい。
[0014] 前記方法を実施するための本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別装置 は、
a)指を押圧するための検查面と、
b)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
c)指を前記検查面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方に おいて、接触部分の指の色の指標値を検出する色検出手段と、
d)前記各場合の色の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別 する生体識別手段
を備えることを特徴とする。 [0015] 次に、健康度測定に関する課題を解決するためになされた本発明に係る指先から の情報を用レ、た健康度測定方法は、指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積 またはそれを反映した量の変化に対応する接触部分の指の色の指標値の変化に基 づいて、当該指の血管の硬直度を表す指標を得ることを特徴とする。
[0016] なお、前記指の色の指標値としては、 XYZ表色系の場合には色度座標 x、色度座 標 、輝度 Yのいずれかの値を用いることができる力 特に輝度 Yの値を用いることが 望ましい。また、 LHS表色系の場合には輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値を用 レ、ることができる力 特に彩度 Sの値を用いることが望ましレ、。
[0017] また、前記方法を実施するための本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測 定装置は、
a)指を押圧するための検査面と、
b)前記検査面と指の接触面積、またはそれを反映した量を測定する面積等測定手 段と、
c)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
d)前記接触面積の変化に対応する前記色の指標値の変化に基づいて、当該指の 血管の硬直度を表す指標を算出する硬直度算出手段
を備えることを特徴とする。
発明の効果
[0018] 本発明に係る方法および装置により、生体指と偽指を明確に識別することが可能と なる。
また、指紋センサを用いて人の健康度を評価することができるため、例えば毎日の ネットワークへのログイン時に指紋センサによる測定値を健康モニタとして使用できる 。そのとき、指紋センサで評価できる健康項目の数が多くなればなるほど、指紋セン サは健康度評価装置としても有用となる。
図面の簡単な説明
[0019] [図 1]本発明の実施例で用いた指紋センサの各要素の概略配置図。
[図 2]指を低速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの 値の時間変化を示すグラフ。 [図 3]指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの 値の時間変化を示すグラフ。
[図 4]指を高速で検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの 値の時間変化を示すグラフ。
園 5]指を低速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座 標 χ、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 6]指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座 標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 7]指を高速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触面積と色度座 標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 8]第 2の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面 の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 9]第 3の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面 の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 10]第 4の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面 の接触面積と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 11]第 5の被験者による、指を中速で検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面 の接触面積と色度座標 χ、色度座標 y、輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 12]指を検查面に押圧する際、およびその押圧を解除する際の色度座標 Xの変化 の様子を模式的に表した図 (a)、および輝度 Yの変化の様子を模式的に表した図 (b)。
[図 13]偽指を検査面に押圧し、解除した際の、色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの値 の時間変化を示すグラフ。
[図 14]偽指を検査面に押圧し、解除した際の、接触面積と色度座標 x、色度座標 y、 輝度 Yの値の関係を示すグラフ。
園 15]第 6の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触 面積と [面積]/ [色度座標 x]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示す グラフ。
園 16]第 7の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触 面積と [面積]/ [色度座標 χ]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示す グラフ。
[図 17]第 8の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触 面積と [面積]/ [色度座標 χ]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示す グラフ。
[図 18]第 9の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接触 面積と [面積]/ [色度座標 χ]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示す グラフ。
[図 19]第 10の被験者による、指を検査面に押圧し、解除した際の、指と検査面の接 触面積と [面積]/ [色度座標 x]、 [面積]/ [色度座標 y]、 [面積]/ [輝度 Y]の値の関係を示 すグラフ。
[図 20]本発明を実施することのできる別の形式の指紋センサの配置図。
[図 21]生体指の押圧時の圧力とスペクトルの関係を示すグラフ (a)、および、第 2の実 施例で用いた GR光源の発光スぺクトノレ (b)。
[図 22]第 2の実施例で用いた生体指 (a)および偽指 (b)の押圧 ·除圧時の色信号の変 化の様子を示すグラフ。
[図 23]第 2実施例で用いた各種指標を説明するためのグラフ。
[図 24]生体指グループと偽指グループの指標 Δ R'iの値の分布のグラフ (a)および指 標 Δ yiの値の分布のグラフ (b)。
[図 25]生体指グループと偽指グループの各種指標値の差異の大きさを示す表。
[図 26]LHS表色系の一測定例である生体指の測定結果を示すグラフ。
[図 27]LHS表色系により測定した結果の表。
[図 28]中心自動決定法の説明図。
[図 29]中心固定法と中心自動決定法による指標値の変化の違いを示すグラフ。
[図 30]中心固定法と中心自動決定法による指標値の変化の違レ、を示す表。
符号の説明
10…光源（LED)
11…導光板 12…指先
13…画像センサ
14…画像処理装置
発明を実施するための最良の形態
[0021] 本発明に係る指先からの生体情報抽出方法では、指を検査面に押圧する際の指 の接触面積またはそれを反映した量 (例えば、圧力センサで測定した圧力も、指の接 触面積を反映した量である）と、接触部分の指の色との関係に基づいて生体情報を 抽出するものであるため、検出すべき物理量は接触面積またはそれを反映した量と 色だけであり、非常に簡便な装置で生体情報を抽出することができる。例えば、従来 より用いられている指紋センサが出力する画像情報は、面積の情報と色の情報の双 方を含んでいるため、本発明に係る指先からの生体情報抽出方法は、装置としては 従来の指紋センサをそのまま用いることができる。また、そのデータ処理を行うための ソフトウェア（プログラム)も簡単なもので十分である。
[0022] 本発明に係る指先からの情報を用いた生体識別方法でも、使用する情報は、指が 検查面に押圧されつつあるのかそれとも押圧が解除されつつあるのかという情報と、 その間の指の色の情報であるが、前者は前記同様に接触面積またはそれを反映し た量の情報があれば、その時間変化により検出することができる。したがって、色の 情報を含め、前記の通り、本発明を実施するための装置としては従来の指紋センサ をそのまま用いることができる。なお、押圧時 Z解除時の判別に関してはその他に、 指と検査面の接触圧力に関する情報の変化によっても判断することができる。また、 指を検査面に押し付ける時間を決めておいて利用者にそれを守ってもらうようにすれ ば、単なる時間情報だけでも押圧時/解除時を判別することができる。後者の場合、 利用者の押し付け操作の便のために、一定時間毎に小ランプ (プロンプトランプ）を 1 個ずつを点灯させてゆくようにしてもよい。
[0023] この生体識別方法では、指を検査面に押し付けてゆく時 (あるいは検査面を指に押 し付けてゆく時）とそれを解除してゆく時の接触面の指の色を測定し、その変化量か ら、指が生体の指である力または偽指であるかを判断する。後述するように、本発明 者らが実験したところによると、生体の指では両時点での指の色に差が現れることが 明らかとなった。特に、その指の色として、通常の画像センサで一次的に測定される S
RGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換し、その中の X座標を色の指標値として用 レ、た場合に、両時点の差が最も顕著に現れることがわかった。また、輝度 Yもそれに 次いで差が大きく現れるため、指標値として用いることができる。
[0024] このように押圧時とそれを解除する時とで指の色が異なるのは、押圧時にはその圧 力により血液が急速に指の血管から排除され、それに応じて色が変化するのに対し、 一旦排除された血液は圧力が取り除かれても直ちには押圧部に戻ることはなぐ後 述するような血管の抵抗により、元の状態に戻るまでにはある程度の時間力かかるた めであると考えられる。当然のことながら、偽指はこのような複雑な構成を持たないた め、押圧時と解除時には同じ色変化をする。したがって、両者は本方法により明瞭に 識別することが可能となる。
[0025] また、生体の指と偽指とを識別するために本方法が有効であるもう一つの理由とし て、本方法が外部からの刺激による生体の反応を検出するものであることを挙げるこ とができる。例えば、検査面に指を押圧した状態で接触面の指の色の変化を測定す ることにより、血液の脈流に起因する脈波を検出することができる。これは、生体識別 の一つの方法として採用することができるが、外部からの刺激に対する反応を見るも のではないため、真の意味での「生体」識別とはいえない。それに対し、本発明に係 る方法では外部からの刺激に対する反応を見るものであるため、より確実に生体と非 生体を識別することができる。
[0026] なお、ここでいう色の「変化量」としては、両時点での色の X座標値の単なる差を取つ てもよいし、両者の比を取ってもよレ、。いずれにせよ、両者の何らかの差が現れれば 、レ、かなる指標を採択してもよい。
[0027] 更に、指を検查面に押圧してゆく間のみの接触部分の指の色の変化、あるいは、 押圧を解除してゆく間のみの接触部分の指の色の変化を見てもよい。このような変化 は、例えば、面積一色曲線の積分値を求めることにより検出することができる。
[0028] 本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法では、指を検査面に押し付 けてゆく際の、指と検查面との接触面積またはそれを反映した量 (前記の通り、圧力 センサで測定した圧力も、指の接触面積を反映した量である）の変化に対する接触 部の指の色の変化を測定する。本発明者らが複数の被験者を対象に評価したところ によると、この接触面積の変化に対する指の色の変化の割合 (変化率）は、被験者の 年齢と負の相関があることがわかった。すなわち、年齢が高いほど、接触面積の変化 に対する指の色の変化量が少なレ、。
[0029] これは、次のように考えることができる。指を検查面に押圧すると、その圧力が駆動 力となって血液が指の血管からその外側の血管に移動する。この指の押圧力 pと血 液の流れ (血流) iの関係は、電気回路における電圧 Vと電流 Iの関係に類似している 。このアナロジーにより、電気回路の抵抗 R=V/Iに相当する値として、指における血流 に対する抵抗 r=p/iを考えることができる。この血流 iに対する抵抗 rは血管の抵抗であ り、血管の硬直度を反映しているものと考えられる。すなわち、本発明の方法により得 られる値は、指の血管の硬直度という新たな健康度の指標を表すものと考えることが できる。
[0030] 本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法も前記同様、使用する情 報は、指と検査面の接触面積またはそれを反映した量の情報と指の色の情報である ため、従来の指紋センサを用いることにより本方法を実施することができる。なお、本 発明に係る方法は前記方法とは異なり、本質的には指紋センサとは無関係であるた め、同様の機能を備えた専用の装置 (健康度測定装置）により実施してもよい。
[0031] 本発明に係る指先からの情報を用いた健康度測定方法では、指の色の変化は色 相、輝度のいずれにおいても現れる力 特に輝度において大きく現れる。したがって 、通常の画像センサで得られる sRGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換した場合 には、輝度 Yの値を用いることが望ましい。しかし、このように輝度 Yの値が重要である ため、 sRGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換することなぐそのまま用いてもよい 。更には、画像センサではなぐ単なる光センサで測定した明るさだけの値をも用いる こと力 Sできる。
[0032] 指の色に関して、上記説明では色度座標 x,yと輝度 Yを用いたが、色相や輝度の表 現方法はこれに限られるものではなぐ Lab, Luv等のように三刺激値 XYZから一意的 に変換され得る他の指標値を用レ、ることも可能である。これらの指標値を用いた場合 も、上記同様に色の変化を測定することにより、上記本発明をいずれも同様に実施す ること力 sできる。
実施例
[0033] 本発明に係る生体識別方法の一実施例として、指紋センサを用いて生体の指と偽 指を識別した例を述べる。本実施例で用いた指紋センサは指の内部で散乱する光 や指を透過する光を検出するもので、例えば図 1に示すように、光源 10の光を導光 板 11を介して指先 12に照射し、その指先 12からの散乱光を適切な光学系を介して CCD等の画像センサ 13により検出するものである。ここで、適切な光学系としては、 屈折率分布型レンズによる等倍結像系、レンズによる結像光学系、ミラーにより光路 を折り返して薄型化した結像光学系等のいずれでもよい。画像センサ 13は指先の接 触面のカラー画像を連続して検出し、 sRGB値として出力する。この装置を通常の指 紋センサとして用いる場合は、画像センサ 13からの信号は画像処理装置 14に送ら れ、そこで画像として再構成されて所定の画像 (例えば、登録者の指紋画像）と照合 され、所定の評価方法により両者の一致度が評価される。一致度の値が所定値以上 である場合には検出された指紋画像が登録者のものであると判断され、その判定信 号がこの指紋センサを利用する装置に送られる。なお、指紋センサには種々の形式 のものがあり、例えば図 20に示すように指の側方から光を照射する形式のものもある 力 本発明はそれらの形式の指紋センサでも同様に実施することができる。
[0034] 本実施例では、この画像センサ 13からの信号を、次のように生体識別のために使 用した。まず、生体の指を測定するために、 1名の被験者に、指先を指紋センサの検 查面（導光板 11)に低速'中速 ·高速の 3種の相対的な速度で押し付けてもらい、指 先全体を押し付けた後に直ちに指を離してもらった。低速とは、指先を画像センサ 13 に接触し始めてから、一杯に押し付け、離すまでの時間 Tを 2.6秒としたものであり、 中速とはその時間 Tを 1.8秒としたものであり、高速とはその時間 Tを 1.0秒としたもので ある。
[0035] その間、画像センサ 13から 1秒間 30フレーム（枚）の速度で送られてくる各画像デ ータの中央部の sRGB値を色度座標 x，yおよび輝度 Yに変換し、それらの値を各画像 番号に対してプロットした。これらの変換値のうち、色度座標 x、色度座標 yおよび輝 度 Yの値のみをプロットした結果を図 2〜図 4に示す。図 2は Τ=2·8秒、図 3は Τ=1·8秒 、図 4は T=1.0秒の結果であり、いずれも被験者は 45歳の男性である。なお、これらの 図において、横軸の画像番号は時間と同一視することができるため、これらの図は押 圧時および押圧解除時の色度座標 χ、色度座標 yおよび輝度 Υの時間変化を示すも のと解釈することができる。
[0036] 次に、各画像から、指と検査面の接触部分の面積 Sを測定し (単位は画素数）、色 度座標 x、色度座標 y、輝度 Yをその面積値 Sに対してプロットした。その結果を図 5〜 図 7に示す。これらの図より、次の特徴を確認することができる。まず、色度座標 Xは、 押圧時には面積 Sの増加と共に最初は増加して後に減少する。指を検査面から離し てゆく（押圧を解除してゆく）ときには色度座標 Xの変化は小さい。すなわち、面積値と 色度座標 Xのプロットでは、指を押す時と離す時とで軌跡が一致しなレ、。一方、色度 座標 yには顕著な特徴は見られない。また、輝度 Yは面積と共に増減するが、色度座 標 Xと同様、押すときと離すときとでは軌跡は一致せず、履歴を示す。これらの特徴は 、押圧時間 Tが 2.6秒、 1.8秒、 1.0秒と異なっていても共通に確認される。
[0037] 次に、年齢の異なる 4名の被験者にっレ、て同様の実験と解析を繰り返した。押圧時 間 Tが 1.8秒（1名だけは、 2.0秒）の場合の面積値と色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yの プロットを図 8〜図 11に示す。これらより、前述の特徴は年齢に拘わらず現れることが わ力る。
[0038] 以上の実験結果を模式的に表すと図 12のようになる。これより、生体識別の基準を 次のように各種方法で設定することができる。第 1に、図 12(a)に示すように、接触面 積がある一定の値 Saとなるときの、押圧時と解除時の色度座標 Xの差を Δ χと定義し、 この値 Δ χが所定の閾値を超えた場合に生体であると判断する方法がある。また、図 12(b)に示すように、接触面の面積の最大値を Sとして、押圧時および解除時に接触
0
面の面積が Sの 50%となった時の輝度 Υの差を Δ Υと定義し、この値 Δ Υが所定の閾値
0
を超えた場合に生体と判断する方法もある。図 12から明らかな通り、このほかにも種 々の方法が考え得る。
[0039] 一方、 RTV樹脂で作製した偽指で同様の実験を行った結果を図 13および図 14に 示す。特に、面積値と色度座標 χ、輝度 Υをプロットした図 14において、図 5〜図 11の 生体の場合とは明らかに異なり、殆ど履歴のない色の変化を示している。これにより、 本発明に係る方法は有効に生体識別を行うことができることが確認された。
[0040] 上記測定で用いた光源 10は、一般の指紋センサで用いられる白色光源であった 、ここで、光源色の影響についても検討を行った。図 21(a)は、生体指 (被験者: 22 歳男性）を、白色光源を用いた指紋センサに押し付けて行く間の全画素のスぺクトノレ を、圧力をパラメータとして描いたものである。このグラフを見ると、波長 550nm (緑色） 付近および 630議 (赤色）付近にぉレ、て圧力による強度の変化が特に大きレ、ことが分 かる。すなわち、圧力を増すにつれて押圧面のスペクトルの緑色成分が特に強くなる 一方、赤色成分は特に弱くなる。
[0041] 従って、これらの 2波長のみから成る光源（GR光源）を用いることにより、生体指の 検出がより容易になることが予想される。そこで、中心波長 535nmの緑色 LED(G_LED )および中心波長 630nmの赤色 LED(R-LED)の GR光源を用いて、上記実施例と同様 に各種測定を行った。ここで用いた GR光源の発光スペクトルを図 21(b)に示す。
[0042] 被検体とした生体指は 21歳から 62歳の 42人の男女の被験者のものであり、偽指は シリコーン、ウレタン、ゼラチン等各種材料を用いた 11種のものである。これらの生体 指および偽指について、上記 GR光源を用いた指紋センサで押圧および除圧を行つ て、画像信号を得た。その一例を図 22(a)および (b)に示す。これらのグラフの横軸は 接触面の面積 (画素数)であり、縦軸は、次式で定義される規格化された G信号の値 (G'値)および規格化された R信号の値 (R'値)である。
G，=G/(G+R)， R'=R/(G+R)
[0043] これらのグラフより各種指標を取り出し、それらの指標のうち、どれが最も適切に生 体指と偽指を識別することができるかを調べた。用いた各種指標を図 23(a)〜(d)によ り説明する。図 23(a)に示すように、 A R'iは、押圧時に接触面積が所定の初期値 Ax の時点（押圧初期）から最大値 Amax (最大押圧時）となるまでの間の R'値の変化量で あり、 A R'fは、除圧時に接触面積が最大値 Amaxから前記初期値 Axに戻るまでの間 の R'値の変化量である。また、押圧時と除圧時のカーブで囲まれる部分の面積を SR' とした。図 23(b)に示すように、 A R'pは、押圧時に接触面積が最大値 Amaxの所定の 分率 p(0く pく 1)となった時点力 最大値 Amaxとなるまでの間の R'の値の変化量であり 、 A R'rは除圧時のそれらの地点間の R'値の変化量である。図 23(c)に示すように、 Δ xiは、押圧時に接触面積が所定の初期値 Axの時点（押圧初期）から最大値 Amax (最 大押圧時）となるまでの間の色度座標 X値の変化量であり、 A xfは、除圧時に接触面 積が最大値 Amaxから前記初期値 Axに戻るまでの間の R'値の変化量である。 A yiお よび A yfは、色度座標 y値についての同様の変化量である。図 23(d)に示す Δ χρ、 Δ xr、 Δ γρ, A yrも、色度座標 χ値、 y値に関する A R'p、 Δ R'r (図 23(b))と同様の変化 量である。これらにおいて、初期値 Axは 2000、 5000および 10000と変化させ、また、分 率 pは 0.2、 0.5、 0.8と変化させた。
[0044] 前記 42種の生体指と 11種の偽指による押圧'除圧を指紋センサで測定したときの上 記各種指標の変化を調べた。すると、いずれの指標においても生体指のグループと 偽指のグノレープの値は交錯することなぐ明確に分離した。例えば、指標 A R'iの値 は、図 24(a)に示すように、偽指グループは全て- 0.04〜+0·07の範囲に入っているの に対し、生体指グループは全て- 0.06〜- 0.30の範囲に入っている。これは、指標 A R 'iの閾値として- 0.04〜0.06の間の値を用いることにより、偽指と生体指は明確に識別 することが可能であることを示している。また、指標 A yiの値は、図 24(b)に示すように 、偽指グループは全て- 0·01〜+0·04の範囲に入っているのに対し、生体指グループ は全て +0.05〜+0.15の範囲に入っている。これは、指標 A yiの閾値として +0·04〜+0· 05の間の値を用いることにより、偽指と生体指は明確に識別することが可能であること を示している。
[0045] このようにして、各指標における偽指と生体指の分離の距離 (生体指グループの最 大値と偽指グループの最小値の間の差、または、生体指グループの最小値と偽指グ ループの最大値の間の差） A LRは、図 25に示すように A R'iにおレヽて最も大きく、つ いで A R'pおよび A yiにおいて大きかった。従って、これらの指標を用いることにより、 生体指と偽指をより確実に識別することができると言える。なお、前述のとおり、それ 以外の指標（例えば、 A yp、 SR'等）についても、 A LR〉0であり、生体指グループと偽 指グループの値が交錯することはないから、それらの間に閾値を設けることにより、生 体指と偽指を確実に識別することができることは明らかである。
[0046] 次に、上記指標とは異なる指標を用いた生体識別方法の一実施例を示す。色の表 現方法（表色系）には上記の XYZ系の他に、 LHS系、 Lab系、 Luv系等が知られている 。これらはそれぞれ所定の変換式を用いて相互に変換することが可能であるが、それ らの変換式は必ずしも線形ではないため、或る指標が或る一つの表色系において生 体指と偽指を明瞭に識別することができるとしても、その指標が他の表色系において も最も適切であるとは限らず、その表色系では他の指標の方がより適切に生体指と偽 指を識別することができるとレ、うこともある。
[0047] そこで、上記 XYZ系の他に比較的多く用いられる LHS表色系において各種測定を 行った。用いた被検体は、生体指が 3種、偽指が 3種である。生体指被検体の一つの 押圧 ·除圧時の L (輝度）、 S (彩度）、 H (色相）各値の変化を図 26(a)、（b)、（c)に示す。 これらの図から明らかなように、 LHS表色系では、 L、 S、 Hのいずれの指標も生体指に ついては大きな変化を示している。この傾向は、他の生体指についても同じであった 。しかし、偽指については、その種類により変化の度合いが異なっていた。それらを 図 27の表にまとめた。この表は、色変化の大きいものから〇（大）、△ (中）、 X (小）と 3段階で評価した結果を示している。この表から明らかなように、 LHS表色系では、 S ( 彩度）の値が比較的安定して生体指と偽指との差異を大きく表現できる。
[0048] 次に、指のセンサ面への接触領域の中心を自動検出する手法を示す。これにより、 指の押し方に依存せず、安定して色信号を抽出することができる。
指の接触領域の中心を決定する方法（中心自動決定法）の概略図を、図 28(a)、 (b) に示す。まず、閾値 50以上の画素の数を Y軸方向に加算し、それが最大となる X座標 を Xcとして仮に定める。その画素数を Aとする。直線 X=Xc上で初めて閾値 50を超え た画素の γ座標 ylを求め、 Yc=yl+A/2より、 Ycを決定する。次に、直線 Y=Yc上で閾値 50以上の画素数を Bとする。直線 Y=Yc上で初めて閾値を越えた画素の X座標 xlを求 め、 Xc=xl+B/2により Xcを本決定する。
[0049] この方法を用いて、上記と同様の測定を行レ、、その効果を調べた。 GR光源により測 定した G値、 R値より規格化した G'値、 R'値を求め、前記の指標 A R'iを算出する。中 心固定法による結果を図 29(a)に、中心自動決定法による結果を図 29(b)に示す。こ れらをまとめ、 A R'iの比較を行ったもの力 図 30である。 A R'iの絶対値が大きいほど 、生体識別に有効であることを意味する。指の接触領域の中心移動が大きい場合に 、中心自動決定方法は優れた結果を示すことが確認された。 [0050] 次に、本発明に係る健康度測定方法の一実施例を説明する。図 1に示した前記実 施例と同じ装置を用いて、 23歳から 56歳の男女 5名に指紋センサの検查面（導光板 1 1)に指を押しつけてもらい、その間、画像センサ 13から出力される 30フレーム/秒の 画像データを採取した。そして、接触面の中央部における画像データの sRGB出力を 前記同様に色度座標 x，yと輝度 Yに変換し、横軸を面積値、縦軸を [面積 S]/ [色度座 標 x]、 [面積 S]/ [色度座標 y]、 [面積 S]/師度 Y]としてプロットした。その結果を図 15〜 図 19に示す。色度座標 x、色度座標 yから求めた指標 [面積 S]/ [色度座標 x]、 [面積 S] /[色度座標 y]には年齢と有意な相関関係が見られないが、輝度 Yから求めた指標 [面 積 S]/ [輝度 Y]は、年齢と共に増加する傾向が確認できる。
[0051] 前記の通り、この指標は指の血管の硬直度を表すと考えられる力 図 15〜図 19は 、この血管の硬直度が年齢とともに増加することを表している。この傾向は明らかに一 般的に理解されている生理的傾向と一致するものであり、これより、本発明に係る指 標は健康度の指標として用いることができることがわかる。

Claims

請求の範囲
[1] 指を検査面に押圧する際の指の接触面積またはそれを反映した量と、接触部分の 指の色との関係に基づいて、生体情報を抽出することを特徴とする指先からの生体 情報抽出方法。
[2] 指を検査面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれ力または双方において、 接触部分の指の色の指標値の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否か を識別することを特徴とする指先からの情報を用いた生体識別方法。
[3] 前記指の色の指標値として、 XYZ表色系の色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yのいず れかの値を用いることを特徴とする請求項 2に記載の指先からの情報を用いた生体 識別方法。
[4] 前記指の色の指標値として、 LHS表色系の輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値 を用いることを特徴とする請求項 2に記載の指先からの情報を用いた生体識別方法
[5] 光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請 求項 1〜4のいずれかに記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。
[6] 接触部分の中心を自動的に決定する中心自動決定法を用いることを特徴とする請 求項 1〜5のいずれかに記載の指先からの情報を用いた生体識別方法。
[7] a)指を押圧するための検查面と、
b)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
c)指を前記検查面に押圧する際と、押圧を解除する際の、いずれかまたは双方に おいて、接触部分の指の色の指標値を検出する色検出手段と、
d)前記各場合の色の変化量に基づいて、当該指が生体の指であるか否かを識別 する生体識別手段
を備えることを特徴とする指先からの情報を用いた生体識別装置。
[8] 光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請 求項 7に記載の指先からの情報を用いた生体識別装置。
[9] 指を検査面に押圧してゆく際の指の接触面積またはそれを反映した量の変化に対 応する接触部分の指の色の指標値の変化に基づいて、当該指の血管の硬直度を表 す指標を得ることを特徴とする指先からの情報を用いた健康度測定方法。
[10] 前記指の色の指標値として、 XYZ表色系の色度座標 x、色度座標 y、輝度 Yのいず れかの値を用いることを特徴とする請求項 9に記載の指先からの情報を用いた健康 度測定方法。
[11] 前記指の色の指標値として、 LHS表色系の輝度 L、色相 H、彩度 Sのいずれかの値 を用いることを特徴とする請求項 9に記載の指先からの情報を用いた健康度測定方 法。
[12] 光源に、緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請 求項 9〜： 11のいずれかに記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。
[13] 接触部分の中心を自動的に決定する中心自動決定法を用いることを特徴とする請 求項 9〜： 12のいずれかに記載の指先からの情報を用いた健康度測定方法。
[14] a)指を押圧するための検査面と、
b)前記検査面と指の接触面積、またはそれを反映した量を測定する面積等測定手 段と、
c)前記検査面に接触する部分の指の色を検出する色値測定手段と、
d)前記接触面積の変化に対応する前記色の指標値の変化に基づいて、当該指の 血管の硬直度を表す指標を算出する硬直度算出手段
を備えることを特徴とする指先からの情報を用いた健康度測定装置。
[15] 緑色および赤色の波長範囲で発光する光源を用いることを特徴とする請求項 14に 記載の健康度測定装置。
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