WO2013128699A4

WO2013128699A4 - 生体認証装置および制御装置

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Publication number: WO2013128699A4
Application number: PCT/JP2012/075760
Authority: WO
Inventors: 直人山本; 康生水野
Original assignee: 日立オムロンターミナルソリューションズ株式会社
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2012-10-04
Publication date: 2013-10-24
Also published as: JP5829147B2; WO2013128699A1; JP2013182388A

Abstract

　認証精度の低下を招くことのない生体認証装置および制御装置を提供する。生体情報と外光とを検出する画像センサと、画像センサが検出した外光に基づいて外光レベルを設定する外光検出部と、画像センサが検出した生体情報を用いた本人認証の優先度を外光レベルに応じて変更し、変更後の優先度で画像センサが検出した生体情報を用いて本人認証する認証部と、を備える。

Description

生体認証装置および制御装置

　本発明は、生体認証装置の認証方法に関する。

　近年、個人を特定する手段として、生体認証装置の導入が進んでおり、金融機関のＡＴＭ（Automated　Teller　Machine）もしくはＣＤ（Cash　Dispenser）や、入退室管理装置、鍵管理装置などに多く使用されている。これらの装置における生体認証は、生体特有の情報をあらかじめ記録しておき、認証時に記録しておいた情報と照合して、その照合の度合いで認証を行うものである。生体特有の情報として、指紋や静脈、虹彩など様々な種類の生体情報を利用し認証が行われている。

　生体認証の用途が広がるにつれて、様々な場所に認証装置が置かれるようになっているが、設置環境により認証しにくくなることがある。そこで、特許文献１では、環境情報とセンサのパラメータを記録しておくことにより、環境による調整時間を短縮できるような工夫がされている。

特開２０１０－１１３４３３号公報

　太陽光などの過度の明るさの照明が認証装置に入射した場合は、センサのパラメータの調整を行っても正しい生体情報が取得できないことがある。その理由は、太陽の光の影が生体情報として誤って認識することがあり、正しい生体情報で登録・認証できない場合があるためである。このような場合、特定の照明条件のみでしか正しく認証されないため、認証に多くの時間がかかる。複数のモダリティ(指紋、指静脈など)の組合せによって認証精度を高めている装置があるが、組合せ方法によっては、一方の認証精度の悪化が大きく影響し、単体で使用したよりも認証精度が落ちてしまう可能性がある。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、認証精度の低下を招くことのない生体認証装置および制御装置を提供することを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる生体認証装置は、生体情報と外光とを検出する画像センサと、前記画像センサが検出した外光に基づいて外光レベルを設定する外光検出部と、前記画像センサが検出した前記生体情報を用いた本人認証の優先度を前記外光レベルに応じて変更し、変更後の優先度で前記画像センサが検出した前記生体情報を用いて本人認証する認証部と、を備えることを特徴とする。

　また、本発明は、上記生体認証装置を備えた制御装置である。

　本発明によれば、認証精度の低下を招くことのない生体認証装置および制御装置を提供することができる。

本実施の形態における認証システム（装置）の構成図である。生体読取・認証部の構成を示す図である。外光検出プログラムが行う処理の処理手順を示すフローチャートである。登録プログラムが行う処理の処理手順を示すフローチャートである。認証プログラムが行う処理の処理手順を示すフローチャートである。外光検出プログラムが、外光以外の情報を除外する処理を行った場合の画像を示す図である。外光検出プログラムが、指が存在した場合に指の輪郭よりも外側の領域を抽出する処理を行った場合の画像を示す図である。外光検出プログラムが、指が存在しなかった場合に映りこみを抜いた全体の領域を抽出する処理を行った場合の画像を示す図である。外光検出プログラムが、外光を検出した場合の小領域の分割方法を示す図である。認証プログラムが行う指の輪郭付近の優先度の変更方法を示す図である。

　以下に添付図面を参照して、本発明にかかる生体認証装置および制御装置の実施の形態を詳細に説明する。

　図１は、本実施の形態における認証システム（装置）１０１の構成図である。図１に示すように、認証システム１０１は、利用者へ認証の状態や認証結果を表示する表示部１０２と、利用者の生体情報を読み取る生体読取・認証部１０３と、これらの処理動作を制御する制御部１０４とを備えている。以下では特に説明していないが、認証システム１０１では、これらの構成要素の他に、運用に応じて入力部や、ＩＣ（Integrated　Circuit）カードの読み取り部などを追加しても良い。また、以下では、認証システム１０１についてのみ説明しているが、例えば、上位装置として認証システム１０１を制御する制御装置であるＡＴＭ（Automated　Teller　Machine）やＰＣ（Personal　Computer）に組み込まれていてもよい。

　図２は、生体読取・認証部１０３の構成を示す図である。図２に示すように、生体読取・認証部１０３は、生体に光を照射するための照明ＬＥＤ（Light　Emitting　Diode）２０１と、生体情報と外光を検出するための画像センサ２０２と、指紋の熱センサなどの外光の影響の受けにくい（影響の度合いが低い）生体情報を取得する生体センサ２０３と、認証システムと通信をするための通信制御部２０４と、これらの処理制御を担うプロセッサであり、後述する各種プログラムを処理するＣＰＵ２０５と、認証装置の動作と外光検出を行うためのプログラム領域がある主記憶部２０６を備える。

　主記憶部２０６に記録される登録プログラム２０７は、認証装置が生体情報を登録する時に、ハードウエアや取得データを制御するプログラムで、ＣＰＵ２０５によって制御される。主記憶部２０６に記録される認証プログラム２０８は、認証装置が生体情報を認証する時に、ハードウエアや取得データを制御するプログラムで、ＣＰＵ２０５によって制御される。主記憶部２０６に記録される外光検出プログラム２０９は、ハードウエアや外光の状態を判断するプログラムで、ＣＰＵ２０５によって制御される。

　図３は、外光検出プログラム２０９が行う処理の処理手順を示すフローチャートである。以下この図を用いて各処理ステップを説明する。

　図３に示すように、上位装置や登録プログラム、認証プログラムから外光検出の命令を受けると、外光検出プログラム２０９は、生体読取・認証部１０４の画像センサ２０２を用いて外光を撮影する（ステップＳ３０１）。このとき、太陽光など強い外光のみを検出する場合は、一時的にカメラのゲイン（増幅度）を下げても良い。

　そして、外光検出プログラム２０９は、画像センサ２０２が撮影した画像に外光以外の情報（装置の指ガイドなど）が映りこんでいる場合には、その情報を除外する（Ｓステップ３０２）。その後、外光検出プログラム２０９は、残った領域から指が撮像されている領域を検出し、指が存在しているか否かを判定する（ステップＳ３０３）。指の存在のチェックには、タッチセンサや、指の輪郭から判断する方法があるがいずれの手法を用いることも可能である。

　外光検出プログラム２０９は、指が存在していると判定した場合（ステップＳ３０３；Ｙｅｓ）、上述した領域の中から指の輪郭よりも外側の領域を抽出する（ステップ３０４）。一方、外光検出プログラム２０９は、指が存在しなかったと判定した場合（ステップＳ３０３；Ｎｏ）、上述した領域の中から映りこみを抜いた全体の領域を抽出する（ステップ３０５）。指の検出には、カメラのゲインを上げて撮影し、色で判別する方法や、照明ＬＥＤを点灯し、輪郭を抽出する方法があるがいずれの手法を用いることも可能である。

　そして、外光検出プログラム２０９は、抽出した領域の画素数と、抽出した領域内の輝度値が閾値以上の画素数とをカウントする（ステップＳ３０６）。外光検出プログラム２０９は、抽出した領域内の閾値以上の輝度値の割合（閾値以上の輝度値の画素数/抽出した領域の画素数）から、外光のレベルを設定する（ステップＳ３０７）。

　外光のレベルは何段階設けても良いが、外光のレベルを容易に判断できるように、以下の三つの段階には分けることが望ましい。すなわち、I 検出対象領域に外光が無いレベル、ii．検出対象領域の一部に外光が差し込んでいるレベル、iii．検出対象領域の全体に外光が差し込んでいるレベル、の３つに分けることが望ましい。また、外光の検出方式は、搭載する機器や画像センサの特性などに合わせて適宜変更しても良い。たとえば、撮影した画像を小領域に分割し、分割された小領域ごとのレベルを設定したり、カメラのゲインを変えて何枚も撮影し、カメラのゲインごとの画像の輝度値からレベルを設定したりすることができる。

　図４は、登録プログラム２０７が行う処理の処理手順を示すフローチャートである。以下この図を用いて各処理ステップを説明する。

　図４に示すように、上位装置から登録処理の実行命令を受けると、登録プログラム２０７は、外光検出プログラム２０９に、図３に示した処理を実行させる（ステップＳ４０１）。登録プログラム２０７は、外光検出プログラム２０９のレベル判定結果より以降の処理を変更するために、外光レベルの判定結果が外光なしのレベル（図３のＳ３０７で示したiのレベル）であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。

　そして、登録プログラム２０７は、外光レベルの判定が外光なしのレベルであると判定した場合（ステップＳ４０２；Ｙｅｓ）、正しく生体情報が登録できると判断し、通常の生体登録処理を行う（ステップＳ４０３）。

　一方、登録プログラム２０７は、外光レベルの判定が外光なしのレベルでない、すなわち一部もしくは全部に外光があるレベル（図３のＳ３０７で示したiiまたはiiiのレベル）であると判定した場合（ステップＳ４０２；Ｎｏ）、その環境では正しく生体情報が登録できない可能性があると判断し、表示部１０２等を用いて、外光が強い旨の警告を表示し（ステップＳ４０４）、生体情報の登録を止めるか否かを判定する（ステップＳ４０５）。この判断は、別の入力装置を用意しても、一定時間入力が無いときに失敗にしても良い。

　そして、登録プログラム２０７は、生体情報の登録を止めないと判定した場合（ステップＳ４０５；Ｎｏ）、利用者が外光を遮断できるように指の後ろに覆いを置くなどの対策を行い、ステップＳ４０１に戻って外光検出プログラムの実行からやり直す（ステップＳ４０６）。一方、登録プログラム２０７は、生体情報の登録を止めると判定した場合（ステップＳ４０５；Ｙｅｓ）、認証失敗として処理を終了させる。続いて、認証時の処理について説明する。

　図５は、認証プログラム２０８が行う処理の処理手順を示すフローチャートである。以下この図を用いて各処理ステップを説明する。

　図５に示すように、上位装置から認証処理の実行命令を受けると、認証プログラム２０８は、外光検出プログラム２０９に、図３に示した処理を実行させる（ステップＳ５０１）。認証プログラム２０８は、外光検出プログラム２０９のレベル判定結果より以降の処理を変更するために、外光レベルの判定結果が外光なしのレベル（図３のＳ３０７で示したiのレベル）であるか、外光レベルの判定結果が一部に外光があるレベル（図３のＳ３０７で示したiiのレベル）であるか、全部に外光があるレベル（図３のＳ３０７で示したiiiのレベル）であるかを判定する（ステップＳ５０２）。

　そして、認証プログラム２０８は、判定結果が外光なしのレベルであると判定した場合、指静脈などの画像センサ２０２を利用した生体情報が正しく取得できると判断し、画像センサ２０２による生体認証の優先度を上げる（ステップＳ５０３）。画像センサ２０２の優先度をα、画像センサ２０２による登録時の生体情報と認証時の生体情報の差をΔ1、生体センサ２０３の優先度をβ、生体センサ２０３による登録時の生体情報と認証時の生体情報の差をΔ2とすると、認証成功かどうかを判断する登録時の生体情報と認証時の生体情報の差Δｔは、次の数式１０１で表される。

　Δｔ＝αΔ1＋βΔ2・・・数式１０１
　画像センサ２０２を利用した生体情報の優先度を上げる場合には、αを大きくすればよいため、認証プログラム２０８は、その制御を行う。

　一方、認証プログラム２０８は、一部に外光があると判定した場合、指静脈などの画像センサ２０２を利用した生体情報のうち、外光が入り込みやすい輪郭付近の優先度を下げる（ステップＳ５０４）。画像センサ２０２の優先度αと生体情報の差Δ1のうち、外光が入り込みやすい生体情報の輪郭側と、その内側とに分離する。生体情報の内側の優先度α1と生体情報の差Δ11、生体情報の輪郭側の優先度α2と生体情報の差Δ12に分け、認証成功かどうかを判断する登録時の生体情報と認証時の生体情報の差Δｔを、次の数式１０２で計算する。

　Δｔ＝α1Δ11＋α2Δ12＋βΔ2・・・数式１０２
　画像センサ２０２を利用した生体情報の輪郭側付近の優先度を下げる場合は、α2を小さくすればよいため、認証プログラム２０８は、その制御を行う。

　本例では、一部に入射した光が生体情報の輪郭全体に影響する太陽光を想定している。本例以外でも、たとえば、入射した光が弱い外光のみの場合には、外光に近い生体情報の一部のみの優先度（例えば、撮影した画像を小領域に分割した場合において、利用者に近い手元側の領域の優先度）を下げてもよい。検出する外光の強さは、撮影時のカメラのゲインにより任意に設定することができる。

　ステップＳ５０２において、認証プログラム２０８は、全体に外光があると判定した場合、指静脈などの画像センサ２０２を利用した生体情報の優先度を下げる（ステップＳ５０５）。認証プログラム２０８は、画像センサ２０２の優先度αを小さく設定し、数式１０１を使用して生体情報の差を求める。

　その後、認証プログラム２０８は、認証に使用するための照合データを画像センサ２０２と生体センサ２０３から取得する（ステップＳ５０６）。認証プログラム２０８は、取得したこれらの照合データから、それぞれの登録時の生体情報と認証時の生体情報の差を求め、外光のレベルにより定めた優先度、数式を用いて生体情報の差を求める。そして、認証プログラム２０８は、生体情報の差が閾値以下であるか否かを判定し（ステップＳ５０７）、生体情報の差が閾値以下であると判定した場合（ステップＳ５０７；Ｙｅｓ）、本人として認証成功と判断し、処理を終了させる。

　一方、認証プログラム２０８は、生体情報の差が閾値以下でないと判定した場合（ステップＳ５０７；Ｎｏ）、ステップＳ５０６に戻って照合データの取得から繰り返し、タイムアウトかどうか（設定回数に達したか）を判断し、タイムアウトである場合には認証失敗と判断し、処理を終了させる（ステップＳ５０８）。

　なお、外光が一部もしくは全体にあり、認証プログラム２０８がステップＳ５０４またはＳ５０５の処理を行い、ステップＳ５０７において生体情報の差が閾値以上であると判定した場合には、図４のステップＳ４０４の場合と同様に、表示部１０２に警告を表示しても良い。また、生体センサ２０２の信頼性が低い場合や、無い場合は外光の警告を表示し、手で覆うなどの対策がされるまで認証を一時停止しても良い。

　図６Ａは、外光検出プログラム２０９が、外光以外の情報（装置の指ガイドなど）を除外する（ステップＳ３０２）処理を行った場合の画像を示す図である。外光検出プログラム２０９は、画像センサ２０２が撮影した画像６０１内の外光以外の撮影部分６０２を除外する。外光検出プログラム２０９が外光以外の情報を除外する方法については、例えば、輝度値が他の領域に比べて極端に小さい領域、あるいは所定量以上の輝度値の差がある領域のうちの値が小さい領域を外光以外の情報がある領域として除外する。

　図６Ｂは、外光検出プログラム２０９が、指が存在した場合に指の輪郭よりも外側の領域を抽出する（ステップＳ３０４）処理を行った場合の画像を示す図である。外光検出プログラム２０９は、画像センサ２０２で撮影した画像６０１内の外光以外の撮影部分６０２を除外し、指の像６０４を除外した部分６０３を抽出する。なお、上述したように、指の存在のチェックには、タッチセンサや、指の輪郭から判断する方法があるがいずれの手法を用いることも可能である。

　図６Ｃは、外光検出プログラム２０９が、指が存在しなかった場合に映りこみを抜いた全体の領域を抽出する（ステップ３０５）処理を行った場合の画像を示す図である。外光検出プログラム２０９は、画像センサ２０２で撮影した画像６０１内の、外光以外の撮影部分６０２を除外した領域６０５を抽出する。領域６０５の抽出方法については、図６Ａの場合と同様に考えることができる。

　図６Ｄは、外光検出プログラム２０９が、外光を検出した場合の小領域の分割方法を示す図である。ここでは、外光検出プログラム２０９が、画像センサ２０２が撮影した画像６０１内の外光以外の撮影部分６０２を除外した領域６０５を、分割線６０６で９つの小領域に分けている場合について説明しているが、分割方法はこの限りではない。それぞれの領域で外光のレベルを設定し、図５のステップＳ５０３～Ｓ５０５で示したように、外光がある領域の生体情報の優先度を変えて認証してもよい。

　図７は、認証プログラム２０８が行う指の輪郭付近の優先度の変更方法を示す図である。認証プログラム２０８は、画像センサ２０２が撮影した画像６０１内の指の像６０４のなかで静脈情報が浮き出ている領域７０１のパターンを照合データとして取得する。認証プログラム２０８は、照合データのうち、外光部分６０３に近い指の輪郭側から一定幅γの外光の影響が受けやすい領域７０２の優先度を別の値にする。

　このように、本実施の形態においては、生体認証に使用する画像センサを利用して周辺の外光情報を取得し、使用者に警告や、複数のモダリティの優先度を動的に変更して調整することができる。その結果、登録時に誤った生体情報を登録されることが無くなるため、認証精度を向上させることができる。また、認証時に照明条件によって警告や、優先度を変更することによって、精度の向上と認証時間を短縮が期待できる。

　１０１…認証システム、１０２…表示部、１０３…生体情報読取・認証部、１０４…認証システム制御部、２０１…照明ＬＥＤ、２０２…画像センサ、２０３…生態センサ、２０４…通信制御部、２０５…ＣＰＵ、２０６…主記憶部、２０７…登録プログラム、２０８…認証プログラム、２０９…外光検出プログラム、
６０１…撮影した画像センサデータ、６０２…外光以外の撮影部分、６０３…指が存在した場合の外光抽出部分、６０４…指の像、６０５…指が存在しない場合の外光抽出部分、６０６…外光領域の分割線
７０１…使用する生体情報、７０２…優先度を変更する領域。

Claims

　生体情報と外光とを検出する画像センサと、
　前記画像センサが検出した外光に基づいて外光レベルを設定する外光検出部と、
　前記画像センサが検出した前記生体情報を用いた本人認証の優先度を前記外光レベルに応じて変更し、変更後の優先度で前記画像センサが検出した前記生体情報を用いて本人認証する認証部と、
　を備えることを特徴とする生体認証装置。
　前記生体情報とは異なる生体情報であって、前記外光の影響の度合いが低い生体情報を検出する生体センサをさらに備え、
　前記認証部は、前記生体センサが検出した生体情報を用いた本人認証との関係で前記優先度を変更する、
　ことを特徴とする請求項１に記載の生体認証装置。
　前記外光検出部は、検出対象領域に外光がない第１のレベル、または検出対象領域の一部に外光がある第２のレベル、または検出対象領域の全部に外光がある第３のレベルを前記外光レベルとして設定する、
　ことを特徴とする請求項１または２に記載の生体認証装置。
　前記外光検出部が設定した外光レベルが前記第１のレベルである場合に前記画像センサが検出した生体情報を登録する登録部をさらに備え、
　前記登録部は、前記外光レベルが前記第２のレベルまたは前記第３のレベルである場合に、外光が強い旨の警告をする、
　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載の生体認証装置。
　前記認証部は、前記外光レベルが前記第１のレベルである場合には前記画像センサが検出した前記生体情報を用いた本人認証の優先度を上げるように変更し、前記外光レベルが前記第２のレベルまたは前記第３のレベルである場合には前記画像センサが検出した前記生体情報を用いた本人認証の優先度を下げるように変更する、
　ことを特徴とする請求項３または４に記載の生体認証装置。
　前記認証部は、さらに前記外光レベルが第２のレベルである場合には、前記画像センサが検出した前記生体情報のうちの外光に近い領域の生体情報を用いた本人認証の優先度のみを下げるように変更する、
　ことを特徴とする請求項５に記載の生体認証装置。
　前記外光検出部は、検出対象領域を所定の領域に分割し、分割した前記所定の領域ごとに前記外光レベルを設定し、
　前記認証部は、前記所定の領域ごとに前記優先度を変更する、
　ことを特徴とする請求項１～６のいずれか１項に記載の生体認証装置。
　請求項１～７に記載の生体認証装置を備えたことを特徴とする制御装置。