WO2011070886A1

WO2011070886A1 - 偽指判別装置

Info

Publication number: WO2011070886A1
Application number: PCT/JP2010/069991
Authority: WO
Inventors: 中村　陽一
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2009-12-07
Filing date: 2010-11-10
Publication date: 2011-06-16
Also published as: CN102667849A; JPWO2011070886A1; EP2511872A1; EP2511872A4; KR20120091303A; US8929618B2; EP2511872B1; CN102667849B; JP5930166B2; US20120237091A1; KR101402380B1

Abstract

　１回の入力動作で偽指判別のために必要な指紋画像を取得することができ、利便性とともに偽指の判別精度を向上させる。判別対象物としての指が載置されるセンサ面を、該指に対して相対的に移動させる移動手段と、センサ面の移動前後における指の指紋画像を取得するセンシング手段と、センシング手段によって得られた２種類の指紋画像に基づき、センサ面の移動前後における指紋の変形度合いを求める導出手段と、本物の指か偽指かを判別するための指紋の変形度合いに関わる変形閾値を記憶する記憶手段と、導出手段が求めた指紋の変形度合いと変形閾値との比較結果に基づいて、センサ面に載置された指が、本物の指であるか偽指であるかを判別する判別手段とを備える。

Description

偽指判別装置

　本発明は、偽指の判別に好適な偽指判別装置などに関する。

　近年、個人を識別する認証方式の一つとして指紋認証が注目されている。指紋は人によって異なり、年月が経過しても変化しないという特徴がある。したがって、指紋認証は、現在普及しているパスワード認証等よりも信頼性が高いとされている。一方、指紋認証では、他人の指紋を取り込んで偽造した偽指等を用いて本人になりすます不正行為を阻止する必要がある。

　偽指を判別する方法として、例えば短冊状のスイープ型センサを用い、センサに置いた指を一定のスピードで前後２方向（指先方向と指の根元方向）に滑らせ、これにより得られる２つの指紋画像の差（すなわち変形量）が、本物の人間の指を利用した場合に得られる変形量の正常範囲に収まっているかどうかを確認することで、判別対象となった指が偽指であるか否かを判別する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００７－５１１８４５号

　しかしながら、特許文献１に開示された方法では、被検者は２回の入力動作（すなわちスイープ型センサに対して前後２方向に指を滑らせる動作）を行う必要があり、利便性が低下するという問題がある。

　さらに、スイープ型センサを用いる場合に、被験者は一定のスピードで指を滑らせる必要があるため、指紋画像の変形に関して個人差などのばらつきが生じ、判別精度が低下するおそれがある。

　本発明は上述した事情を鑑みてなされたものであり、１回の入力動作で偽指判別のために必要な指紋画像を取得することができ、利便性とともに偽指の判別精度を向上させることが可能な偽指判別技術を提供することを目的とする。

　本発明に係る判別対象物センシング装置は、判別対象物としての指が載置されるセンサ面を、該指に対して相対的に移動させる移動手段と、前記センサ面の移動前後における前記指の指紋画像を取得するセンシング手段とを備えることを特徴とする。

　また、本発明に係る偽指判別装置は、前記判別対象物センシング装置を有する偽指判別装置であって、前記センシング手段によって得られた２種類の指紋画像に基づき、前記センサ面の移動前後における指紋の変形度合いを求める導出手段と、本物の指か偽指かを判別するための指紋の変形度合いに関わる変形閾値を記憶する記憶手段と、前記導出手段が求めた前記指紋の変形度合いと前記変形閾値との比較結果に基づいて、前記センサ面に載置された指が、本物の指であるか偽指であるかを判別する判別手段と、を備えることを特徴とする。

　また、本発明に係る偽指判別方法は、判別対象物としての指がセンサ面に載置された移動前の指の指紋画像を取得するステップと、前記センサ面を、前記指に対して相対的に移動させるステップと、前記センサ面に載置された移動後の指の指紋画像を取得するステップと、移動前後の２種類の指紋画像に基づき、前記センサ面の移動前後における指紋の変形度合いを求めるステップと、求めた前記指紋の変形度合いと、指紋の変形度合いに関わる変形閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記センサ面に載置された指が、本物の指であるか偽指であるかを判別するステップと、を含むことを特徴とする。

　本発明によれば、１回の入力動作で偽指判別のために必要な指紋画像を取得することができ、利便性とともに偽指の判別精度を向上させることが可能となる。

本実施形態に係る偽指判別装置の平面図である。図１に示す偽指判別装置のII－II線断面図である。コンピュータの機能ブロックを示す図である。本物の指の変形前後の指紋画像を例示した図である。偽指の変形前後の指紋画像を例示した図である。偽指判別処理を示すフローチャートである。変形例に係るガイド部を例示した図である。変形例に係るガイド部を例示した図である。変形例に係るガイド部を例示した図である。変形例に係る静電容量式センサの構成を示す図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明に係る偽指判別装置の好適な実施形態について説明する。

　Ａ．前提となる技術思想
　偽指と人の指とは硬さが異なり、指に力が加わったときの指紋（偽指の場合は人口指紋）の変形度合いが大きく異なる。例えばポリビニルアルコールや酢酸ビニル樹脂を材料とした偽指は人の指よりも固く、偽指に力を加えたときの指紋の変形度合いは、同一の力で人の指に力を加えたときの指紋の変形度合いに比べて小さくなる。このような偽指の特性に着目してなされたのが本願発明である。

　Ｂ．実施形態
　（１）実施形態の構成
　まず、図１および図２を参照して、実施形態における偽指判別装置１００の構成について説明する。図１は、偽指判別装置を真上から見たときの平面図であり、図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線断面図である。

　偽指判別装置１００は、指紋認証の対象となる判別対象物Ｔが偽指であるか否かを判別するための装置である。

　図１および図２に示すように、偽指判別装置１００は、筐体１０と、センサ面２０と、移動機構２５と、光源３０と、撮像装置４０と、ガイド部５０と、コンピュータ６０とを備えている。本実施形態に係る偽指判別装置１００は、特に、センサ面２０を移動させるための移動機構２５が設けられている点に特徴がある。なお、以下の記述では、筐体１０のうちセンサ面２０が設けられている側を上側と呼ぶ。

　センサ面２０は、判別対象物Ｔ（ここでは指）を載置する面であり、例えばファイバーオプティクプレートなどによって構成されている。センサ面２０は移動機構２５によって指の付け根方向に所定量だけ移動させることが可能となっている（図２に示す白矢印方向参照）。

　移動機構（移動手段）２５は、小型モータなどによって構成され、センサ面２０を、判別対象物Ｔである指の付け根方向に所定速度で所定量だけ移動させる手段である。移動機構２５によるセンサ面２０の移動は、コンピュータ６０によって制御される。なお、センサ面２０の移動の詳細は後に詳述するため、ここでは説明を割愛する。

　撮像装置（センシング手段）４０は、センサ面２０の下方側に設けられている。撮像装置４０は、筐体１０の下側に設けた光源３０を利用して反射光センシングを行い、センサ面２０に載置された判別対象物Ｔである指を撮影する。つまり、撮像装置４０は、センサ面２０上に載置される判別対象物Ｔを、対物レンズ等を介して撮影し、これにより皮膚が盛り上がった隆線が明るく、その間の谷線が暗い指紋画像を得る。

　ガイド部５０は、移動機構２５によりセンサ面２０を移動する際に、判別対象物Ｔである指がセンサ面２０と一緒に移動してしまうのを抑制する。図１および図２に示すように、ガイド部５０は、センサ面２０に指を載置した場合に、指の第１関節まわりが当接するような位置に設けられる。言い換えると、センサ面２０の移動軌跡の延長線上に、センサ面２０に載置される指を固定するためのガイド部５０が設けられている。かかる位置にガイド部５０を設け、当接箇所で指を固定することで、センサ面２０に指が載置された状態において、センサ面２０の移動に伴って指が移動してしまうのを抑制することができる。

　コンピュータ（導出手段）６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）などにより構成され、ＣＰＵがＲＯＭ、ＲＡＭに格納された各種制御プログラム等を実行することにより、偽指判別装置１００の各部を中枢的に制御する。

　図３は、コンピュータ６０の機能ブロック図である。コンピュータ６０は、載置検知手段６１、画像取得手段６２、移動制御手段６３、および偽指判別手段６４を備えている。

　載置検知手段６１は、光量センサ（図示略）などから出力されるセンサ信号に基づき、センサ面２０に判別対象物Ｔが載置されたか否かを判断する。載置検知手段６１は、センサ面２０に判別対象物Ｔが載置されたことを検知すると、検知した旨を画像取得手段６２、移動制御手段６３に通知する。

　画像取得手段（センシング手段）６２は、センサ面２０の移動前後における指紋画像を取得する。具体的には、載置検知手段６１から判別対象物Ｔである指がセンサ面２０に載置された旨の通知を受け取ると、画像取得手段６２は、光源３０と撮像装置４０を利用して反射光センシングを行い、センサ面２０が移動する前の指紋画像（すなわち、変形前の指紋をあらわす指紋画像；以下、変形前の指紋画像）を取得する。一方、画像取得手段６２は、移動制御手段６３からセンサ面２０を移動した旨の通知を受け取ると、光源３０と撮像装置４０を利用して反射光センシングを行い、センサ面２０が移動した後の指紋画像（すなわち、変形後の指紋をあらわす指紋画像；以下、変形後の指紋画像）を取得する。画像取得手段６２は、取得した変形前後の指紋画像を偽指判別手段６４に出力する。

　移動制御手段６３は、移動機構２５によるセンサ面２０の移動を制御する。詳細には、移動制御手段６３は、載置検知手段６１から判別対象物Ｔが載置された旨の通知を受け、かつ、偽指判別手段６４から変形前の指紋画像を取得した旨の通知を受け取ると、センサ面２０を指の付け根方向に所定速度（移動速度）で所定量（移動量）だけ移動させる。センサ面２０を移動させると、移動制御手段６３は、画像取得手段６２にセンサ面２０を移動した旨を通知する。なお、移動機構２５の移動速度や移動量は、移動前後における指紋の変形度合い等を考慮して、予め実験によって最適値を求めておけば良い。

　偽指判別手段（導出手段、判別手段）６４は、画像取得手段６２から供給される変形前後の指紋画像を解析することにより偽指であるか否かを判別する。

　ここで、判別対象物Ｔ（本物の指または偽指）がセンサ面２０に載置された状態でセンサ面２０を指の付け根方向に移動させると、指先に近い指紋の方が指の付け根に近い指紋に比べて隆線の間隔は狭くなるが、指紋の変形度合いは本物の指に比べて偽指の方が小さくなる（上記Ａ．前提となる技術思想を参照）。

　図４は、本物の指の変形前後の指紋画像を例示した図であり、図５は、偽指の変形前後の指紋画像を例示した図である。なお、図４および図５に示すＡは、変形前の指紋画像を示し、図４および図５に示すＢは、変形後の指紋画像を示す。また、図４、図５において、α部分は指紋の特徴的な部分（例えば隆線の分岐点や端点などのマニューシャを含む部分）を示す。

　図４のＡ、Ｂを比較して明らかなように、本物の指から採取した指紋では、指先の方で指の歪みによって特徴的な部分αが大きく移動していることがわかる。これに対し、偽指から採取した指紋では、図５のＡ、Ｂを比較して明らかなように、特徴的な部分αの移動はほとんどないことがわかる。これは、偽指の歪みが本物の指に比べて小さいためである。

　偽指判別手段６４は、画像取得手段６２から供給される指紋画像を解析することで指紋の特徴的な部分αを抽出し、抽出した特徴的な部分αの変形前後の移動量Ｖｍが移動量閾値（変形閾値）Ｔｈを超えているか否かを判断する。移動量閾値Ｔｈは、判別対象物Ｔが偽指か本物の指であるかを判別するために設定される閾値であり、あらかじめ実験によって求められる。なお、その他の方法として周波数分析によって特徴的な部分αにおける移動方向のライン間隔Ｄを求め、求めたライン間隔Ｄが設定されたライン間隔閾値Ｄｈを超えているか否かを判断しても良い。

　偽指判別手段６４は、移動量Ｖｍが移動量閾値Ｔｈ以上である場合には、判別対象物Ｔは本物の指であると判断する。一方、偽指判別手段６４は、移動量Ｖｍが移動量閾値Ｔｈ未満である場合には、判別対象物Ｔは偽指であると判断する。以下、図６を参照して、偽指判別装置１００の動作について説明する。

　（２）実施形態の動作
　偽指判別装置１００のコンピュータ６０は、まず、被検者に対して判別対象物Ｔ（すなわち指）をセンサ面２０に載置すべき旨のメッセージを報知する（ステップＳ１）。

　被検者は、このメッセージに応じ、指の第１関節まわりがガイド部５０に当接するようにセンサ面２０の上に指を載置する。

　コンピュータ６０の載置検知手段６１は、光量センサ（図示略）などから出力されるセンサ信号に基づき、センサ面２０に判別対象物Ｔが載置されたか否かを判断する（ステップＳ２）。載置検知手段６１は、ステップＳ２を繰り返し実行している間に、センサ面２０に判別対象物Ｔが載置されたことを検知すると（ステップＳ２；ＹＥＳ）、検知した旨を画像取得手段６２および移動制御手段６３に通知する。

　画像取得手段６２は、載置検知手段６１から判別対象物Ｔである指がセンサ面２０に載置された旨の通知を受け取ると、光源３０と撮像装置４０とを利用して反射光センシングを行い、センサ面２０が移動する前の指紋画像（すなわち、変形前の指紋画像）を取得する（ステップＳ３）。そして、画像取得手段６２は、取得した変形前の指紋画像を偽指判別手段６４に出力する（ステップＳ４）。偽指判別手段６４は、変形前の指紋画像を受け取ると、移動制御手段６３に対して変形前の指紋画像を取得した旨を通知する。

　移動制御手段６３は、載置検知手段６１から判別対象物Ｔが載置された旨の通知を受け、かつ、偽指判別手段６４から変形前の指紋画像を取得した旨の通知を受け取ると、センサ面２０を指の付け根方向に所定速度（移動速度）で所定量（移動量）だけ移動させる（ステップＳ５）。前述したように、移動速度や移動量については、実験などにより求めた最適値を利用すれば良い。センサ面２０を移動させると、移動制御手段６３は画像取得手段６２にセンサ面２０を移動した旨を通知する。

　画像取得手段６２は、移動制御手段６３からセンサ面２０を移動した旨の通知を受け取ると、光源３０と撮像装置４０とを利用して反射光センシングを行い、変形後の指紋画像を取得する（ステップＳ６）。画像取得手段６２は、取得した変形前後の指紋画像を偽指判別手段６４に出力する（ステップＳ７）。

　偽指判別手段６４は、画像取得手段６２から変形前後の指紋画像を受け取ると、受け取った変形前後の指紋画像を比較・解析することにより、判別対象物Ｔである指が本物の指であるか、偽指であるかを判別する（ステップＳ８）。前述したように、本物の指から採取した指紋では、指の歪みによって特徴的な部分αが大きく移動するのに対し（図４のＡ、Ｂ参照）、偽指から採取した指紋では、偽指の歪みが本物の指に比べて小さくなるため、特徴的な部分αの移動はほとんどない（図５のＡ、Ｂ参照）。

　偽指判別手段６４は、このような偽指の特性を利用して、まず、画像取得手段６２から供給される指紋画像の解析し、指紋の特徴的な部分（例えば隆線の分岐点や端点などのマニューシャを含む部分）αを抽出する。そして、偽指判別手段６４は、抽出した特徴的な部分αの変形前後の移動量Ｖｍが移動量閾値Ｔｈを超えているか否かを判断する。上述したように、移動量閾値Ｔｈは、判別対象物Ｔが偽指か本物の指であるかを判別するために設定される閾値であり、あらかじめ実験によって求められる。偽指判別手段６４は、移動量Ｖｍが移動量閾値Ｔｈ以上である場合には、判別対象物Ｔは本物の指であると判断する。一方、偽指判別手段６４は、移動量Ｖｍが移動量閾値Ｔｈ未満である場合には、判別対象物Ｔは偽指であると判断する。そして、上記処理を終了する。

　コンピュータ６０は、判別対象物Ｔが本物の指であると判断した場合には、例えば取得した指紋画像等を利用して本人認証を行う等、偽指判別において肯定的な結果（本物の指であるとの判断）が得られた場合の処理を実行する。一方、コンピュータ６０は、判別対象物Ｔが偽指であると判断した場合には、例えば偽指である旨の警告メッセージをディスプレイ（図示略）に表示する等、偽指判別において否定的な結果（偽指であるとの判断）が得られた場合の処理を実行する。

　以上説明したように、本実施形態によれば、被検者がセンサ面に指を載置するという１回の入力動作を行うだけで、偽指判別が可能となる。したがって、偽指判別のために２回の入力動作（具体的にはスイープ型センサに対して前後２方向に指を滑らせる動作）が必要であった従来技術に比べ、利便性を向上させることが可能となる。

　また、スイープ型センサを用いる従来技術では、被検者は一定のスピードで指を滑らせる必要があるため、指紋画像の変形に関して個人差などのばらつきが生じ、判別精度が低下するおそれがあった。これに対して、本実施形態では、被検者が自ら指を動かすのではなく、移動機構がセンサ面を移動させることで変形した指紋画像が得られるため、個人差などのばらつきを抑えることができ、判別精度を向上させることが可能となる。

　Ｃ．変形例
　（１）上述した本実施形態では、指の付け根方向にセンサ面２０を移動させる場合について説明したが、例えば図７の矢印で示すように指の先方向にセンサ面２０を移動させてもよい。もちろん、指の前後方向（図７に示すＸ方向）のみならず、指の左右方向（図７に示すＹ方向）や、指の上下方向（図７に示すＺ方向）にセンサ面２０を移動させてもよく、さらにはセンサ面２０を回転（例えば図７に示すＸ軸のまわりに回転）させることとしてもよい。

　このように、センサ面２０を移動または回転させる場合には、ガイド部５０を、センサ面２０の移動または回転に伴って指が移動または回転しないように設置すればよい。例えば、指の先方向にセンサ面２０を移動させる場合には、図７に示すように指の先端が、ガイド部５０の前面ｆに当接するように、ガイド部５０を設けるなど、センサ面２０の移動軌跡の延長線上に、センサ面２０に載置された指を固定するためのガイド部５０を設ければよい。

　また、図８に示すように、指の先端が当接するように第１のガイド部５０ａを設けるとともに、指の側面が当接するように第２のガイド部５０ｂを設けてもよい。第１のガイド部５０ａおよび第２のガイド部５０ｂを設けた場合には、例えば指の先方向にセンサ面２０を移動し、移動後の指紋画像（以下、第１の移動指紋画像）を取得したのち、さらに指の側面方向（例えば左側面）にセンサ面２０を移動し、移動後の指紋画像（以下、第２の移動指紋画像）を取得する。そして、移動前の指紋画像と第１の移動指紋画像と、移動前の指紋画像と第２の移動指紋画像と、をそれぞれ比較し、両方の比較結果に基づいて、判別対象物Ｔが偽指であるか本物の指であるかを判断してもよい。

　さらに、センサ面２０を指の上下方向に移動させる場合には、図９に示すように被検者の指全体が覆われるようなガイド部５０を設けてもよい。

　（２）また、上述した実施形態では、光源３０と撮像装置４０とを利用した光学式センサを利用して指紋画像を取得する場合について説明したが、静電容量式のセンサ７０を用いてもよい。図１０は、静電容量式センサ７０の原理を示す図である。

　静電容量式センサ７０は、光学式センサと異なり、光学部品の配置や光路長をとる必要がないため、センサを小型かつ低価格で製造できる等のメリットがある。静電容量式センサ７０は、センサ面２０が保護膜で覆われており、保護膜の下には、センサ内部に埋め込まれた複数の内部電極７１が並設されている。各内部電極７１は、画像生成部７２に接続されている。かかる構成を有する静電容量式センサ７０において、センサ表面に判別対象物Ｔである指が接触すると、指の表面と内部電極７１との間の距離に応じた電荷が電極に溜まる。画像生成部７２は、この静電容量に応じたインピーダンスを測定することで指紋画像を得る。なお、移動機構２５を用いてセンサ面２０を移動させる点は、本実施形態と同様に説明することができるため、これ以上の説明は割愛する。

　以上、静電容量式センサ７０を用いた場合について説明したが、その他の非光学式センサ、ホログラフィック方式のセンサ、ルミネッセンス方式のセンサ、超音波方式のセンサ、感圧式のセンサ、感熱式のセンサなどにも適用可能である。

　（３）また、上述した実施形態および変形例では、指の指紋を利用して判別対象物Ｔが本物であるか否かを判断する場合について説明したが、手の平の掌紋を利用して判別対象物Ｔが本物であるか否かを判断する場合にも同様に適用可能である。

　また、実施形態において示した各処理のステップは処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更し、または並列して実行することができる。さらに本明細書等において、手段とは、単に物理的手段を意味するものではなく、その手段が有する機能をソフトウェアによって実現する場合も含む。さらにまた、１つの手段が有する機能が２つ以上の物理的手段により実現されても、２つ以上の手段の機能が１つの物理的手段により実現されてもよい。また、本発明に係るソフトウェアは、ＣＤ－ＲＯＭやＤＶＤ－ＲＯＭ等の光学ディスク、磁気ディスク、半導体メモリなどの各種の記録媒体を通じて、または通信ネットワークなどを介してダウンロードすることにより、コンピュータにインストールまたはロードすることができる。

　この出願は、２００９年１２月７日に出願された日本出願特願２００９－２７７６５５を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

　以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。

　本発明に係る偽指判別装置は、１回の入力動作で偽指判別のために必要な指紋画像を取得することができ、利便性とともに偽指の判別精度を向上させることに適している。

１００…偽指判別装置、１０…筐体、２０…センサ面、２５…移動機構、３０…光源、４０…撮像装置、５０…ガイド部、６０…コンピュータ、６１…載置検知手段、６２…画像取得手段、６３…移動制御手段、６４…偽指判別手段。

Claims

　判別対象物としての指が載置されるセンサ面を、該指に対して相対的に移動させる移動手段と、
　前記センサ面の移動前後における前記指の指紋画像を取得するセンシング手段と、
　を備える判別対象物センシング装置。
　請求項１に記載の判別対象物センシング装置を有する偽指判別装置であって、
　前記センシング手段によって得られた２種類の指紋画像に基づき、前記センサ面の移動前後における指紋の変形度合いを求める導出手段と、
　本物の指か偽指かを判別するための指紋の変形度合いに関わる変形閾値を記憶する記憶手段と、
　前記導出手段が求めた前記指紋の変形度合いと前記変形閾値との比較結果に基づいて、前記センサ面に載置された指が、本物の指であるか偽指であるかを判別する判別手段と、
　を備える偽指判別装置。
　前記移動手段は、前記センサ面を、前記指の長手方向、前記指の側面方向、前記指の長手方向に垂直な方向のいずれかの方向に移動または回転させる、請求項２に記載の偽指判別装置。
　前記センサ面の移動軌跡の延長線上に、前記センサ面に載置される指を固定するためのガイド部が設けられている、請求項２に記載の偽指判別装置。
　前記センサ面に載置された指の先が当接する位置、または前記センサ面に載置された指の側面が当接する位置の少なくともいずれか一方の位置に、前記ガイド部が設けられている、請求項４に記載の偽指判別装置。
　判別対象物としての指がセンサ面に載置された移動前の指の指紋画像を取得するステップと、
　前記センサ面を、前記指に対して相対的に移動させるステップと、
　前記センサ面に載置された移動後の指の指紋画像を取得するステップと、
　移動前後の２種類の指紋画像に基づき、前記センサ面の移動前後における指紋の変形度合いを求めるステップと、
　求めた前記指紋の変形度合いと、指紋の変形度合いに関わる変形閾値とを比較し、比較結果に基づいて前記センサ面に載置された指が、本物の指であるか偽指であるかを判別するステップと、
　を含む偽指判別方法。