JP2020093114A - 生体認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 様々な施設にも導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティの確保が可能な生体認証装置等を提供する。【解決手段】 本発明に係る生体認証装置は、人の脈波を示す脈波情報を取得し、前記脈波情報から参照される脈波信号の振幅が、所定の閾値よりも大きいか否かを判定し、前記脈波信号の振幅が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記人の指紋情報を用いて生体認証を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、指紋等の生体情報を用いて生体認証を行う生体認証装置及び生体認証方法に関する。

指紋等の生体情報を用いて生体認証を行う生体認証装置及び生体認証方法の用途は、犯罪捜査等に限られていた。しかしながら、アメリカでの同時多発テロ以降、他国への入国審査のセキュリティを強化するために、犯罪捜査以外にも、例えば、空港等、様々な施設への導入が広がっている。生体認証装置及び生体認証方法における課題として、偽指への対策が挙げられる。

偽指への対策として、生体情報測定装置および生体情報測定方法（生体認証装置及び生体認証方法）が特許文献１に記載されている。この特許文献１記載の技術は、撮像部による指紋認証とともに、超音波を用いて血流速度を計測することで、偽指であるか否かの判定を行っている。

また、偽指への対策として、生体情報による認証装置（生体認証装置及び生体認証方法）が特許文献２に記載されている。この特許文献２記載の技術は、指紋画像とともに、指内血管パターンを用いて、偽指であるか否かの判定を行っている。

特開２００６−２１２２６９号公報 特許第４４６８８９６号公報

しかしながら、上記特許文献１記載の技術は、超音波を用いているため、撮像部に加え、超音波発信部と超音波受信部とが必要となり、部品点数が増えてしまうという技術的課題がある。また、上記特許文献１記載の技術は、超音波を用いているため、超音波特有のノイズが生じると、環境によっては使用できない可能性がある。ここで、使用できない環境とは、例えば、エアコン等に搭載されるインバータが使用されている施設をいい、超音波の周波数とインバータから発生する電磁波の周波数とが干渉してしまう場合である。このため、上記特許文献１記載の技術は、使用できる施設が制限されてしまい、様々な施設への導入が困難であるという技術的課題がある。

上記特許文献２記載の技術は、指紋画像と指内血管パターンを用いた認証では、生体の指か否かまでは判別できないため、例えば、本人の指でなく、切断された指等でも認証できてしまう可能性があり、生体認証の信頼性を向上させることが困難であるという技術的課題がある。

本発明の目的は、様々な施設にも導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティの確保が可能な生体認証装置及び生体認証方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る生体認証装置は、人の指に光を照射する照射手段と、前記照射手段により人の指に照射された光に対し、人の指から生じる散乱光を受光し、受光した光を、この光の光強度に応じて明度情報に変換して、明度の明暗を示す複数の画像を取得する画像取得手段と、前記画像取得手段により取得された複数の画像を用いて、人の指の脈波を示す生体情報に変換する生体情報変換手段と、前記生体情報変換手段により変換された前記生体情報である脈波信号の振幅が、所定の閾値よりも大きい場合には、生体認証を行う生体認証手段と、を具備して構成される。

上記目的を達成するために、本発明に係る生体認証方法は、人の指に光を照射し、照射した光に対し、人の指から生じる散乱光を受光した際に、受光した光を、この光の光強度に応じて明度情報に変換して、明度の明暗を示す複数の画像を取得し、取得した複数の画像を用いて、人の指の脈波を示す生体情報に変換し、変換した前記生体情報に基づいて、生体認証の信頼性を示す第１の信頼性情報を取得し、取得した前記第１の信頼性情報の信頼性結果に応じて生体認証を行うことを特徴とする。

本発明によれば、様々な施設にも導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティを確保することができる。

本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る生体認証装置の構成を示す構成図である。 本発明の一実施形態（第１の実施形態）に係る生体認証装置に実行させる処理のフローチャートを示す図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置の構成を示す構成図である。 画像情報Ａの一例を示す図である。 生体に関するスペクトル情報Ｂを示す図である。 各波長光が浸透する深さを示す表である。 第１の生体情報Ｃ１を示す図である。 第２の生体情報Ｃ２を示す図である。 第３の生体情報Ｃ３を示す図である。 認証情報Ｅの一例を示す図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置に実行させる処理のフローチャートを示す図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置の第１の使用例を示す図である。 本発明の他の実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置の第２の使用例を示す図である。 本発明の他の実施形態（第３の実施形態）に係る生体認証装置の構成を示す構成図である。

以下、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態（第１の実施形態）について説明する。まず、図１を用いて、本実施形態に係る生体認証装置１０の構成について説明する。図１は、本実施形態（第１の実施形態）に係る生体認証装置１０の構成を示す構成図である。

本実施形態の生体認証装置１０は、照射部（照射手段）１１、画像取得部（画像取得手段）１３、生体情報変換部（生体情報変換手段）１４、信頼性情報取得部（信頼性情報取得手段）１５、及び生体認証部（生体認証手段）１６を具備している。

照射部１１は、設定した波長の光を人の指に照射する。このように、人の指に光を照射すると、人の指からは、照射部１１により照射された光に対する散乱光が発生する。このとき、設定した波長に応じて、照射部１１により照射された光に対する人の指の光吸収率が異なるため、散乱光の強さが異なる。本実施形態では、照射部１１は、可視光域から近赤外光域までの、複数の波長の光を人の指に照射するとする。可視光域とは概ね３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長域のことで、近赤外光域とは概ね７００ｎｍから２５００ｎｍまでの波長域のことである。

画像取得部１３は、人の指から発生した散乱光を受光する。そして、画像取得部１３は、受光した光の強度に応じて、電気信号に変換し、設定した時間幅における複数の画像（画像情報Ａ）を取得する。このとき、画像取得部１３は、照射部１１により照射された各波長に対する画像情報を取得する。

生体情報変換部１４は、画像取得部１３により取得された画像情報Ａを用いて、人の指の脈波を示す生体情報に変換する。信頼性情報取得部１５は、生体情報変換部１４により変換された生体情報に基づいて、生体認証の信頼性を示す信頼性情報を取得する。生体認証部１６は、信頼性情報取得部１５により取得された信頼性情報に基づいて、生体認証の信頼性判定を行う。

ここで、信頼性情報取得部１５による信頼性情報の取得方法について例示すると、生体情報変換部１４により変換された生体情報を参照し、脈波信号の振幅値が所定の閾値である所定の振幅値よりも小さい場合、または、脈波信号の振幅を検知できない場合には、指に脈波無しと判定し、本人の指でなく、切断された指、もしくは作り物の指であると判定する。これにより、生体認証部１６は、例えば、切断された指、もしくは作り物の指では、生体認証を自動的には実行しないようにし、切断された指、もしくは作り物の指の可能性がある旨を通知する等している。

このように、本実施形態では、光学装置のみで構成され、照射部１１により人の指に光が照射され、照射された光の波長に応じた複数の画像を画像取得部１３により取得している。このため、本実施形態では、例えば、超音波の周波数とエアコン等に搭載されるインバータから発生する電磁波の周波数との干渉を考慮する必要がなく、様々な施設に導入可能であるといえる。

また、本実施形態では、生体情報に基づいて、信頼性情報を取得し、取得した信頼性情報に基づいて、生体認証の信頼性判定を行っているため、例えば、本人の指でなく、切断された指であると判定する。これにより、本実施形態によれば、切断された指等では生体認証を自動的には行わないようにしているため、生体認証の信頼性を向上させることが可能になる。よって、本実施形態では、上述したように、様々な施設にも導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティを確保することができる。

（生体認証装置１０に実行させる処理）
次に、図２を用いて、本実施形態の生体認証装置１０に実行させる処理について説明する。図２は、本実施形態（第１の実施形態）に係る生体認証装置１０に実行させる処理のフローチャートを示す図である。

ステップＳ１において、生体認証装置１０は、照射処理を行う。この処理において、生体認証装置１０は、照射部１１にて人の指に、設定した波長の光を照射する処理を行う。このとき、照射部１１は、可視光域から近赤外光域までの、複数の波長の光を人の指に照射するとする。

ステップＳ２において、生体認証装置１０は、画像取得処理を行う。この処理において、生体認証装置１０は、画像取得部１３にて人の指から発生した散乱光を受光する。そして、画像取得部１３は、受光した光を、光の強度に応じて、電気信号に変換し、設定した時間幅における複数の画像（画像情報Ａ）を取得する。このとき、画像取得部１３は、照射部１１により照射された各波長に対する画像情報Ａを取得する。

ステップＳ３において、生体認証装置１０は、生体情報変換処理を行う。この処理において、生体認証装置１０は、取得した画像情報Ａを用いて、人の脈波を示す生体情報に変換する処理を行う。

ステップＳ４において、生体認証装置１０は、信頼性判定処理を行う。この処理において、生体認証装置１０は、上記ステップＳ３にて変換した人の脈波を示す生体情報である脈波信号に基づいて、信頼性情報取得部１５にて生体認証の信頼性を示す信頼性情報を取得し、取得した信頼性情報に基づいて、生体認証を行うかを判断する。信頼性情報取得部１５による信頼性情報の取得方法について例示すると、生体情報変換部１４により変換された生体情報を参照し、脈波信号の振幅値が所定の振幅値よりも小さい場合、または、脈波信号の振幅を検知できない場合には、指に脈波無しと判定する。そして、指に脈波無しと判定した場合には、本人の指でなく、切断された指、もしくは作り物の指であると判定する。これにより、生体認証部１６は、例えば、切断された指、もしくは作り物の指では、自動的には生体認証をしないようにし、切断された指、もしくは作り物の指の可能性がある旨を通知する等している。なお、脈波信号の振幅値が所定の振幅値よりも小さい場合とは、例えば、周期０．４ｓ〜２ｓ（周波数０．５Ｈｚ〜２．５Ｈｚ）の範囲における脈波信号の最大振幅値が、周期０．４ｓ以下（周波数２．５Ｈｚ以上）における最大振幅よりも低い場合である。また、脈波信号の振幅を検知できない場合とは、周期０．４ｓ〜２ｓ（周波数０．５Ｈｚ〜２．５Ｈｚ）の範囲における脈波信号の最大振幅値が、脈波信号の振幅値の平均よりも小さい場合である。

このように、本実施形態では、生体情報に変換する際に、光学装置のみで構成され、照射部１１により人の指に光が照射され、照射された光の波長に応じた複数の画像を画像取得部１３により取得している。このため、本実施形態では、例えば、超音波の周波数と、エアコン等に搭載されるインバータから発生する電磁波の周波数との干渉を考慮する必要がなく、様々な施設に導入可能であるといえる。

また、本実施形態では、生体情報に基づいて、信頼性情報を取得し、取得した信頼性情報に基づいて、生体認証の信頼性判定を行っているため、例えば、本人の指でなく、切断された指であると判定する。これにより、本実施形態によれば、切断された指等では生体認証を行わないようにしているため、生体認証の信頼性を向上させることが可能になる。よって、本実施形態では、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティを確保することができる。

（第２の実施形態）
図３乃至図１３を用いて、本発明の他の実施形態（第２の実施形態）について説明する。まず、図３を用いて、本実施形態の生体認証装置１００の構成について説明する。図３は、本実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置１００の構成を示す構成図である。

図３に例示されるように、本実施形態の生体認証装置１００は、マルチスペクトル光源（照射手段）１１０、画像取得装置（画像取得手段）１３０及び演算装置１４０を具備している。

マルチスペクトル光源１１０は、異なる複数の波長に切り替え可能な光源であり、人の指に光を照射する。異なる複数の波長に切り替え可能な光源は、例えば、複数の単色ＬＥＤ、複数の単色レーザ、波長可変レーザ、多波長可変光源等である。ここで、波長は、可視光域から近赤外光域までのいずれかの波長である。可視光域とは、概ね３８０ｎｍから７８０ｎｍまでの波長域のことで、近赤外光域とは、概ね７００ｎｍから２５００ｎｍまでの波長域のことである。なお、「ＬＥＤ」とは、「Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ」の略である。

本実施形態において、マルチスペクトル光源１１０は、波長を切り替えることが可能な図示しない切り換え部を有している。これにより、マルチスペクトル光源１１０は、切り替え部により使用する波長を切り替えて、人の指に異なる波長の光を連続的に照射している。このマルチスペクトル光源１１０は、波長を切り替えるタイミングとしては、例えば、ある波長λ１（例えば、可視光域５００ｎｍの波長）の光と、別の波長λ２（例えば、可視光域６００ｎｍの波長）の光と、さらに別の波長λ３（例えば、近赤外光域７５０ｎｍの波長）の光とを１ｋＨｚ周期で切り替えながら、所定の時間（例えば、２秒）照射する。その他の例としては、ある波長λ３の光を所定の時間（例えば、１秒）、照射した後に、別の波長λ１に切り替え照射し、その後、さらに別の波長λ２に切り替え照射する。以上、３つの波長を用いて切り替える例を示したが、２つの波長を用いる場合、あるいは、４つ以上の波長を用いる場合でも同様である。

なお、単色ＬＥＤ、単色レーザ、波長可変レーザ、多波長可変光源は周知の技術であるため、これら単色ＬＥＤ、単色レーザ、波長可変レーザ、多波長可変光源の具体的な説明については省略する。

画像取得装置１３０は、２次元の画像情報を取得可能な装置である。この画像取得装置１３０は、例えば、ＣＣＤイメージセンサで構成される。画像取得装置１３０は、人の指から発生した散乱光に基づいて、画像情報Ａを取得している。この画像情報Ａは、設定した時間幅における複数の画像である。なお、この画像情報Ａの取得方法は、周知であるため、簡略的な説明に留め、具体的な説明については省略する。まず、画像取得装置１３０は、マルチスペクトル光源１１０により人の指に光が照射されると、人の指から発生した散乱光を受光する。そして、画像取得装置１３０は、受光した光の強度に応じて、電気信号に変換し、画像情報Ａを取得する。本実施形態では、画像情報Ａとして、マルチスペクトル光源１１０の波長が各々異なる画像情報Ａ１乃至画像情報Ａ３が取得される。この画像情報Ａ１乃至Ａ３については、図４を用いて後述する。なお、ここでは波長が異なる３つの画像情報の例を示すが、波長が異なる２つ以上の画像情報であればよい。より好ましくは波長の異なるより多くの画像情報であることである。

なお、本実施形態では、画像取得装置１３０は、上述したように、上述したように、ＣＣＤイメージセンサで構成されるが、これに限定されず、人の指から発生した散乱光を撮像可能なものであれば、例えば、周知の技術であるＣＭＯＳイメージセンサ、ＩｎＧａＡｓカメラ等で構成しても良い。「ＣＣＤ」とは、「Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ」の略である。「ＣＭＯＳ」とは、「Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」の略である。

ここで、一旦、図４を用いて、画像情報Ａについて説明する。図４は、画像情報Ａの一例を示す図である。本実施形態において、画像情報Ａ１は、マルチスペクトル光源１１０により人の指に可視光域の波長λ１（５００ｎｍ）の光が、所定の時間、照射された場合における画像取得装置１３０にて取得された画像情報を示している。また、画像情報Ａ２は、マルチスペクトル光源１１０により人の指に別の可視光域の波長λ２（６００ｎｍ）の光が、所定の時間、照射された場合における画像取得装置１３０にて取得された画像情報を示している。また、画像情報Ａ３は、マルチスペクトル光源１１０により人の指に近赤外光域の波長λ３（７５０ｎｍ）の光が、所定の時間、照射された場合における画像取得装置１３０にて取得された画像情報を示している。図３に戻り、引き続き、生体認証装置１００の構成について説明する。

演算装置１４０は、生体情報変換部（生体情報変換手段）１４１、信頼性情報取得部（信頼性情報取得手段）１４３及び信頼性判定部（信頼性判定手段）１４４を有する。

生体情報変換部１４１は、画像取得装置１３０により取得された画像情報Ａを、生体情報Ｃに変換する処理を行う。生体情報Ｃは、例えば、第１の生体情報Ｃ１乃至第３の生体情報Ｃ３であり、第１の生体情報Ｃ１は、人の指の表面付近の指紋画像である。また、第２の生体情報Ｃ２は、人の指の内部の指紋情報である。また、第３の生体情報は、人の脈波に由来する脈波信号である。

生体情報変換部１４１は、画像情報Ａを生体情報Ｃに変換する。生体情報変換部１４１は、変換する際に、画像情報Ａ１乃至画像情報Ａ３のうち、どの画像情報Ａを用いてどのように算出すれば、第１の生体情報Ｃ１乃至第３の生体情報Ｃ３に変換可能であるかについては、図５あるいは図６に示す情報を活用している。

したがって、これら第１の生体情報Ｃ１乃至第３の生体情報Ｃ３について説明する前に、まず、図５及び図６を用いて、画像情報Ａを生体情報Ｃに変換する際に、どの画像情報Ａを用いてどのように算出するかを指し示す情報について説明する。

図５に、生体に関するスペクトル情報Ｂとして、生体に含まれる、水、及び、ヘモグロビンの光の吸収量の波長特性を示す。この図５を活用して、どの波長に基づく画像情報が、生体内を伝播する光の吸収量が高いかについて、後述する生体情報変換部１４１が認識することが可能になる。このため、この図５を活用して、生体内を伝播する光の吸収量が高い画像情報を得たい場合や生体内を伝播する光の吸収量が低い画像情報を得たい場合に、どの波長の画像情報を用いれば良いかが把握可能になる。生体情報変換部１４１が、生体深部の生体情報を得たい場合には、生体内を伝播する光の吸収量が低い画像情報を、すなわち、ヘモグロビンの光の吸収量が低い、波長λ３（７５０ｎｍ）の波長に基づく画像情報を用いることが適している。生体深部における、第３の生体情報Ｃ３に変換する場合には、波長λ３（７５０ｎｍ）付近の波長に基づく画像情報を用いれば、最も正確な情報を取得することが可能になる。

なお、本実施形態では、スペクトル情報Ｂとして、図５では、ヘモグロビン及び水の光の吸収量を示しているが、これらヘモグロビン、水に限定されず、人の指に存在し、波長に応じて光の吸収量が異なる成分が含まれる、例えば、メラニン、カロテン等を用いても良い。また、成分と構造に依存する散乱特性を含んで良い。スペクトル情報Ｂとしては、認証対象とする群における、一般的なスペクトル情報を用いてもよいし、その人または認証対象とする群のスペクトル情報を事前に取得してもよい。

図６に、各波長での光が人体に浸透する深さの一例を示す。図６に例示されるように、例えば波長λ１（５００ｎｍ）の光を人体に照射した場合、表面から０．１ｍｍ程度の深さまでで散乱した光を観測することになる。この図６を活用して、どの波長に基づく画像情報が、例えば、指の表面付近の第１の生体情報Ｃ１を取得できるかについて、後述する生体情報変換部１４１が認識することが可能になる。このため、生体情報変換部１４１が、λ１の画像情報を用いて、第１の生体情報Ｃ１に変換することが可能になる。この例では、生体情報変換部１４１は、人の指の表面付近の指紋画像である第１の生体情報Ｃ１に変換する場合には、λ１の光が照射されて得られた画像情報Ａ１を用いて変換する。また、生体情報変換部１４１は、人の指の内部の指紋画像である第２の生体情報Ｃ２に変換する場合には、スペクトル情報Ｂにおいて生体内を伝播する光の吸収量が低い波長における画像情報を利用する。本実施形態では、波長λ２（６００ｎｍ）の光が照射されて得られた画像情報Ａ２と波長λ３（７５０ｎｍ）の光が照射されて得られた画像情報Ａ３を利用する。また、生体情報Ｃ１も適宜利用してもよい。さらに、生体情報変換部１４１は、人の脈波を示す第３の生体情報Ｃ３に変換する場合には、画像情報Ａ１乃至画像情報Ａ３のいずれか一つまたは複数を用いて変換する。なお、図６のより厳密な数値は、スペクトル情報Ｂから算出することができる。

以上、説明したように、本実施形態では、どの波長に基づく画像情報が、人の指の表面からどのくらいの深さの生体情報に変換できるのか、また、その波長では、人の指の成分がどのくらい光を吸収するのかについて、図５あるいは図６を活用している。

図７に示す第１の生体情報Ｃ１について説明する。第１の生体情報Ｃ１は、上述したように、人の指の表面付近の指紋画像である。なお、本実施形態において、画像情報Ａから第１の生体情報Ｃ１への変換の際には、ノイズ除去処理、２値化処理、細線化処理等を用いるが、これらについては、周知の技術であるため、その説明を省略する。この第１の生体情報Ｃ１では、上述したように、スペクトル情報Ｂにおいて生体内を伝播する光の吸収量が高い画像情報を用いて、人の指の表面付近の指紋画像が示される。このため、第１の生体情報Ｃ１では、人の指に付着物等が付着している場合には、付着物等の画像が示される。

図８に示す第２の生体情報Ｃ２について説明する。第２の生体情報Ｃ２は、上述したように、人の指の内部の指紋画像である。第２の生体情報Ｃ２を算出するためには、画像情報Ａのうち、スペクトル情報Ｂにおいて生体内を伝播する光の吸収量が低い画像情報（例えば画像情報Ａ２及びＡ３）を利用する。画像情報Ａ２及びＡ３と、スペクトル情報Ｂと生体情報Ｃ１を用いることで、人の指の内部の深さ方向の生体情報を算出していく。これにより、特定の深さ付近における生体情報Ｃ２を算出できる。

この第２の生体情報Ｃ２は、上述したように、人の指の内部の、特定の深さ付近における指紋画像が示される。このため、第２の生体情報Ｃ２では、上述の第１の生体情報Ｃ１に対し、例えば、人の指の表面に付着物が付着していた場合であっても、付着物の画像が示されてない。これにより、後述するように、これら第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を重ねた場合に、この付着物の部分で相関しない、すなわち相関度が低いことになる。より具体的には、生体情報Ｃ１において付着物が付着している不明瞭な部分において、生体情報Ｃ１と生体情報Ｃ２との相互相関関数が所定の値よりも低く、それ以外の部分において、生体情報Ｃ１と生体情報Ｃ２との相互相関関数が所定の値よりも高いことになる。相互相関関数が所定の値よりも低いとは、概ね０．３以下であり、相互相関関数が所定の値よりも高いとは概ね０．７以上である。最適には、相互相関関数の高低は、測定対象や測定環境を考慮し、適宜判断する。これにより、これら第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を用いて、指の表面に汚れが有る等を把握することが可能になる。

また、第１の生体情報Ｃ１では、上述したように、人の指の表面付近の指紋画像が示されている。このため、例えば、他人の指紋を指に張り付けた場合には、他人の指紋画像が示される。これに対し、第２の生体情報Ｃ２は、上述したように、人の指の内部の、特定の深さ付近における指紋画像が示されている。このため、第２の生体情報Ｃ２では、他人ではなく、自分の指紋画像が示される。これにより、後述するように、これら第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を重ねた場合に、相関しない、すなわち相関度が低いことになる。より具体的には、生体情報Ｃ１と生体情報Ｃ２との相互相関関数が所定の値よりも低いことになる。相互相関関数が所定の値よりも低いとは、概ね０．３以下である。これにより、これら第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を用いて、他人の指紋の張り付け等の偽造行為を把握することが可能になる。

ここで、本実施形態では、後述するように、第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を用いて、認証情報Ｅを取得しているが、第１の生体情報Ｃ１の一部及び第２の生体情報Ｃ２、または、第２の生体情報Ｃ２のみを用いて認証情報Ｅを取得しても良い。しかしながら、第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を用いる理由として、第２の生体情報Ｃ２は、第１の生体情報Ｃ１よりも指紋を指し示す模様線が薄い可能性があり、第２の生体情報Ｃ２のみで認証情報Ｅを取得した場合、特徴点を抽出し難いからである。

次に、図９を用いて、第３の生体情報Ｃ３について説明する。図９は、第３の生体情報Ｃ３を示す図である。第３の生体情報Ｃ３は、上述したように、人の脈波に由来する脈波信号を示している。なお、本実施形態において、第３の生体情報Ｃ３への変換方法は、所定の時間幅における複数画像の明度の明暗の変化を取得し、適宜時間方向でのフィルタリングや、画像平均といったノイズ除去処理等を行うことで、算出する。なお、本実施形態では、上述したように、複数の画像である画像情報Ａを用いて、生体情報Ｃ３への変換を行っているが、この場合、画像取得装置１３０は、脈波の周期よりも短い周期で撮像すると良い。また、画像取得装置１３０は、少なくとも、脈波の一周期に相当する時間の間で撮像すると良い。脈波の一周期は短くとも０．４秒以上、長くとも２秒以内である。また、画像情報Ａのうち、いずれかの一つの波長における複数の画像を用いてもよいし、複数の波長における複数の画像を用いてもよい。図３に戻り、引き続き、生体認証装置１００の構成について説明する。

信頼性情報取得部１４３は、生体情報変換部１４１により取得された第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２、第３の生体情報Ｃ３に基づいて、信頼性情報Ｄにおける真贋情報及び生死情報を取得する。ここで、信頼性情報Ｄについて説明する。

本実施形態において、信頼性情報Ｄには、真贋情報及び生死情報等が挙げられる。真贋情報とは、測定対象が、人の指か偽造された指かを判断する情報である。例えば、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２との一致度または相関度を示す情報であり、一致度が所定の値よりも高いまたは相関度が所定の値よりも高い場合には、後述する信頼性判定部１４４が真贋のうち、真であると判定する。このため、後述する認証情報取得部１４２が認証情報Ｅを取得する。これに対し、一致度が所定の値よりも低いまたは相関度が所定の値よりも低い場合には、信頼性判定部１４４が真贋のうち、贋であると判定し、後述する認証情報取得部１４２が、認証情報Ｅを取得しない。

ここで、信頼性情報Ｄの真贋情報を例示すると、まず、信頼性情報取得部１４３は、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２とを重ね合わせる、または相関を計算する処理を行う。この重ね合わせた画像が、真贋情報の元となる。そして、信頼性情報取得部１４３は、重ね合わせた画像の一致度を抽出、または相互相関関数を算出している。一致度とは、例えば、一致点の数であり、一致度が高ければ、Ｃ１とＣ２とがより一致している。相互相関関数は、Ｃ１とＣ２との類似性を表し、畳み込みにより計算できる。関数の配列の結果が１に近ければ相関があり、０に近ければ相関がない。これにより、信頼性判定部１４４は、一致度が所定の値よりも低い、または相互相関関数が所定の値よりも低い場合には、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２との差が大きいと判定し、真贋のうち、贋であると判定している。この場合、信頼性判定部１４４は、認証情報Ｅを取得できないと判定する。

例えば、通常、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２とを重ね合わせると、一致度が高く、略全ての特徴点を抽出することが可能になる。また、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２との相互相関関数を計算すると、１に近い高い値が得られる。したがって、これらの場合、真贋のうち、真であると判定している。一方、指の表面に異物が有る場合、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２とを重ねわせると、多くの部分で一致しなくなり、特徴点を抽出することができない。また、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２との相互相関関数を計算すると、０に近い低い値が得られる。したがって、真贋のうち、贋であると判定している。その他の例として、指の表面の一部に汚れ等が有る場合、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２とを重ねわせると、該一部で一致度が低くなり、特徴点を抽出することができない。また、該一部で第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２との相互相関関数が所定の値よりも低くなる。しかし、それ以外の部分で一致度が所定の値よりも高い場合や相互相関関数が所定の値よりも高い場合は、真であると判定する。

また、信頼性情報取得部１４３により信頼性情報Ｄの生死情報が取得される場合を例示すると、信頼性情報取得部１４３は、第３の生体情報Ｃ３の振幅を取得する。これにより、信頼性判定部１４４は、脈波信号の振幅が所定の振幅よりも低い場合には、生体ではない、すなわち、生死のうち、死である、または、偽造されたものであると判定している。

信頼性判定部１４４は、上述したように、信頼性情報取得部１４３により取得された信頼性情報Ｄに基づいて、生体情報の信頼性判定を行う。信頼性判定部１４４は、上述したように、信頼性情報取得部１４３により画像の一致度が所定の値よりも低い場合、または、相関度が所定の値よりも低い場合には、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２との差が大きいと判定し、真贋のうち、贋であると判定している。また、信頼性判定部１４４は、脈波信号の振幅が所定の振幅値よりも低い場合には、生体でない、すなわち生死のうち、死である、または偽造されたものであると判定している。

演算装置１４０は、これら生体情報変換部１４１、信頼性情報取得部１４３及び信頼性判定部１４４の他に、認証情報取得部（認証情報取得手段）１４２及び生体認証部（生体認証手段）１４５を有している。この認証情報取得部１４２は、生体情報変換部１４１により変換された第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２に基づいて、認証情報Ｅを取得する。ここで、一旦、図１０を用いて、認証情報Ｅについて説明する。また、認証情報Ｅとともに、この認証情報Ｅの取得方法について説明する。図１０は、認証情報Ｅの一例を示す図である。

認証情報Ｅは、人の指の指紋の特徴点である中心点、分岐点、端点、三角州等の位置を示す情報である。まず、認証情報Ｅの取得方法の前提として、上述の信頼性情報取得部１４３により第１の生体情報Ｃ１及び第２の生体情報Ｃ２を用いて取得された信頼性情報Ｄを取得時に得られた情報を用いる。この情報は、上述したように、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２とを重ね合わせた画像情報、または、相互相関関数算出により得た画像情報である。次に、認証情報取得部１４２は、第１の生体情報Ｃ１と第２の生体情報Ｃ２とを重ねあわせた画像情報、または、相互相関関数算出により得た画像情報から特徴点を抽出し、座標データ化する。

これにより、生体認証部１４５は、後述するように、取得した認証情報Ｅである座標データと、予め登録しておいた座標データとが一致しているか否かにより生体認証を行うことが可能になる。なお、この認証情報Ｅの取得方法については、特徴点抽出方式（マニューシャ方式）があるが、周知の技術であるため、その説明を省略する。また、この認証情報Ｅの取得方法については、上述したように、特徴点抽出方法があるが、これに限定されず、パターンマッチング方式であっても良い。

（生体認証装置１００に実行させる処理）
次に、図１１を用いて、本実施形態の生体認証装置１００に実行させる処理について説明する。図１１は、本実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置１００に実行させる処理のフローチャートを示す図である。

ステップＳ１００において、画像取得装置１３０は、画像情報Ａ１、画像情報Ａ２及び画像情報Ａ３を取得する。これら画像情報Ａ１乃至画像情報Ａ３の取得方法については、上述したとおりであるので、ここでは、その説明を省略する。

ステップＳ２００において、演算装置１４０は、画像情報Ａ１乃至Ａ３を用いて、第１の生体情報Ｃ１、第２の生体情報Ｃ２及び第３の生体情報Ｃ３に変換する。なお、これら第１の生体情報Ｃ１乃至第３の生体情報Ｃ３の変換方法については、上述したとおりであるので、ここでは、説明を省略する。

ステップＳ３００において、演算装置１４０は、信頼性情報Ｄを取得する。この処理において、演算装置１４０は、信頼性情報Ｄとして、真贋情報及び生死情報を取得している。なお、これら真贋情報、生死情報の取得方法については、上述したとおりであるので、ここでは、その説明を省略する。

ステップＳ４００において、演算装置１４０は、上記ステップＳ３００で取得した信頼性情報Ｄに基づいて、信頼性判定を行う。この処理において、演算装置１４０は、信頼性情報Ｄの真贋情報を用いて、一致度が所定の値よりも高いか否か、または相関度が所定の値よりも高いか否かを判定している。また、この処理において、演算装置１４０は、信頼性情報Ｄの生死情報を用いて、脈波信号の振幅が所定の振幅よりも大きいか否かを判定している。そして、この処理において、演算装置１４０は、信頼性情報Ｄの真贋情報を用いて、一致度が所定の値よりも高い、または相関度が所定の値よりも高いと判定した場合には、ステップＳ５００に処理を移す。一方、この処理において、演算装置１４０は、一致度が所定の値よりも低い、または相関度が所定の値よりも低いと判定した場合には、ステップＳ７００に処理を移す。同様に、この処理において、演算装置１４０は、信頼性情報Ｄの生死情報を用いて、脈波信号の振幅が所定の振幅よりも大きいと判定した場合には、ステップＳ５００に処理を移す。一方、この処理において、脈波信号の振幅が所定の振幅よりも小さいと判定した場合には、ステップＳ７００に処理を移す。

ステップＳ５００において、演算装置１４０は、認証情報Ｅを取得する。なお、この認証情報Ｅを取得する方法については、上述したとおりであるので、ここでは、その説明を省略する。

ステップＳ６００において、演算装置１４０は、図示しないデータベースを参照し、上記ステップＳ３００で取得した認証情報Ｅを照合し、生体認証する処理を行う。データベースはデータベースサーバに蓄積され、図示しないネットワークを介して、演算装置１４０と接続されてもよい。なお、本実施形態では、データベースを参照しているが、これに限定されず、例えば、パスポート等にＩＣタグを搭載し、このＩＣタグに生体認証を格納しておいても良い。これにより、パスポートを提示し、パスポートの生体情報と、上記ステップＳ３００で取得した認証情報Ｅを照合しても良い。「ＩＣ」とは、「Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ」の略である。

ステップＳ７００において、演算装置１４０は、認証エラーとし、自動的には認証せず、今回の処理を終了する。図示しない表示部や図示しないスピーカー等に認証エラーの旨と認証エラーの理由を通知してもよい。

（使用例）
次に、図１２及び図１３を用いて、本実施形態（第２の実施形態）の使用例について説明する。図１２は、本実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置１００の第１の使用例を示す図である。図１３は、本実施形態（第２の実施形態）に係る生体認証装置１００の第２の使用例を示す図である。

図１２に例示されるように、生体認証装置１００は、マルチスペクトル光源１１０から照射される光を透過させると、人の指の内部で光が散乱するか又は光が吸収され、この散乱光を画像取得装置１３０にて撮像している。撮像した画像に基づいて、生体認証装置１００は、上述したように、演算装置１４０にて生体認証、信頼性判定を行っている。

これに対し、図１３に例示されるように、生体認証装置１００は、マルチスペクトル光源１１０から照射される光を反射させると、人の指の表面で光が反射するか、内部で光が散乱するか又は光が吸収される。このうち、内部で散乱した光を画像取得装置１３０にて撮像している。撮像した画像に基づいて、生体認証装置１００は、上述したように、演算装置１４０にて生体認証、信頼性判定を行っている。

このように、本実施形態では、生体情報に変換する際に、光学装置のみで構成され、マルチスペクトル光源１１０により人の指に光が照射され、照射された光の波長に応じた複数の画像を画像取得装置１３０により取得している。このため、本実施形態では、例えば、超音波の周波数と、エアコン等に搭載されるインバータから発生する電磁波の周波数との干渉を考慮する必要がなく、様々な施設に導入可能であるといえる。

また、本実施形態では、生体情報に基づいて、信頼性情報を取得し、取得した信頼性情報に基づいて、生体認証の信頼性判定を行っているため、例えば、本人の指でなく、切断された指であると判定する。これにより、本実施形態によれば、切断された指等では生体認証を行わないようにしているため、生体認証の信頼性を向上させることが可能になる。よって、本実施形態では、上述したように、様々な施設にも導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティを確保することができる。

また、本実施形態の生体認証装置１００は、マルチスペクトル光源１１０を生体の透過側に配置しても、反射側に配置しても適用することが可能であり、使用する施設に応じて、適宜、レイアウトすることが可能になる。これにより、本実施形態の生体認証装置１００は、汎用性があるといえる。

（第３の実施形態）
図１４を用いて、本発明の他の実施形態（第３の実施形態）について説明する。図１４は、本実施形態（第３の実施形態）に係る生体認証装置２００の構成を示す構成図である。なお、本実施形態では、上述の第２の実施形態に対し、マルチスペクトル光源２１０として白色光源を用い、これに伴い、分光装置２２０を具備する点が異なり、他の画像取得装置１３０、演算装置１４０は、同一の構成である。したがって、以下、本実施形態では、上述の第２の実施形態に対し、異なる構成であるマルチスペクトル光源２１０及び分光装置２２０の説明を行い、同一の構成である画像取得装置１３０及び演算装置１４０については、同一の符号を付してその説明を省略する。

本実施形態において、生体認証装置２００のマルチスペクトル光源２１０は、上述したように、白色光源により構成される。白色光源は、照射される光のスペクトルに異なる複数の波長領域の成分が含まれる光源である。なお、マルチスペクトル光源２１０は、上述したように、白色光源により構成されるが、これに限定されず、例えば、蛍光灯、ハロゲンランプ、白色ＬＥＤ、白熱電球等で構成しても良い。

本実施形態において、分光装置２２０は、マルチスペクトル光源２１０から照射される光から所定の波長を選択的に取り出す役目を果たしている。本実施形態において、分光装置２２０は、例えば、液晶バンドパスフィルタを用いて構成される。液晶バンドパスフィルタは、液晶に印加する電圧を変化させることで、透過する波長を制御する。なお、分光装置２２０は、上述したように、液晶バンドパスフィルタを用いて構成されるが、これに限定されず、例えば、プリズム、グレーティング、フーリエ変換型分光装置を用いて構成しても良い。

そして、生体認証装置２００は、画像取得装置１３０にて画像情報Ａを取得し、取得した画像情報Ａを、演算装置１４０にて生体情報Ｃに変換している。また、生体認証装置２００は、変換した生体情報Ｃに基づいて、信頼性情報Ｄ、認証情報Ｅを取得している。これにより、生体認証装置２００は、演算装置１４０にて生体認証、信頼性判定を行っている。

このように、本実施形態では、生体情報に変換する際に、光学装置のみで構成され、マルチスペクトル光源２１０により人の指に光が照射され、照射された光の波長に応じた複数の画像を画像取得装置１３０により取得している。このため、本実施形態では、例えば、超音波の周波数と、エアコン等に搭載されるインバータから発生する電磁波の周波数との干渉を考慮する必要がなく、様々な施設に導入可能であるといえる。

また、本実施形態では、生体情報に基づいて、信頼性情報を取得し、取得した信頼性情報に基づいて、生体認証の信頼性判定を行っているため、例えば、本人の指でなく、切断された指、もしくは作り物の指であると判定する。これにより、本実施形態によれば、切断された指等では生体認証を自動的には行わないようにし、切断された指、もしくは作り物の指の可能性がある旨を通知する等しているため、生体認証の信頼性を向上させることが可能になる。よって、本実施形態では、上述したように、様々な施設にも導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティを確保することができる。

また、本実施形態では、生体認証装置２００は、上述したように、波長の切り替えが不可能な光源であっても、分光装置２２０にて波長を選択的に取り出すことが可能であるため、波長の切り替えが可能な光源に限定されず、汎用性があるといえる。

（第４の実施形態）
図１を用いて、本発明の他の実施形態（第４の実施形態）について説明する。図１に例示されるように、本実施形態の生体認証装置１０´は、照射部１１、画像取得部１３、生体情報変換部１４及び生体認証部１６を具備している。

照射部１１は、人の指に光を照射する。画像取得部１３は、照射部１１により人の指に照射された光に対し、人の指から生じる散乱光を受光し、受光した光を、この光の光強度に応じて明度情報に変換して、明度の明暗の変化を示す複数の画像を取得する。生体情報変換部１４は、画像取得部１３により取得された複数の画像を用いて、人の指の脈波を示す生体情報に変換する。生体認証部１６は、生体情報変換部１４により変換された生体情報である脈波信号の振幅が所定の閾値よりも大きい場合には、生体認証を自動的に行う。

よって、本実施形態によれば、様々な施設に導入可能であって、生体認証の信頼性を向上させ、高度なセキュリティを確保することができる。

以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願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。

この出願は、２０１４年１０月２９日に出願された日本出願特願２０１４−２１９８０６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。

１０ 生体認証装置
１１ 照射部
１３ 画像取得部
１４ 信頼性判定部
１６ 生体認証部

Claims (8)

1. 人の脈波を示す脈波情報を取得する生体情報取得手段と、
   前記脈波情報から参照される脈波信号の振幅が、所定の閾値よりも大きいか否かを判定する判定手段と、
   前記脈波信号の振幅が前記所定の閾値よりも大きい場合に、前記人の指紋情報を用いて生体認証を行う生体認証手段と、
   を具備する、生体認証装置。
2. 前記生体情報取得手段は、前記指紋情報を取得する、請求項１に記載の生体認証装置。
3. 前記生体認証装置は、前記人の指に光を照射する照射手段を更に具備し、
   前記生体情報取得手段は、前記照射手段により前記人の指に照射された光が前記人の指により散乱された散乱光が受光されることで取得される複数の画像を用いて、前記脈波情報及び前記指紋情報を取得する、請求項１又は２に記載の生体認証装置。
4. 前記照射手段は、異なる波長の光を照射可能であり、
   前記生体情報取得手段は、第１の波長の光に対応する画像に基づき前記指紋情報を取得し、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光に対応する画像に基づき前記脈波情報を取得する、請求項３に記載の生体認証装置。
5. 前記照射手段は、照射する光の波長を任意に切り替える切り換え手段を具備する、請求項４に記載の生体認証装置。
6. 前記照射手段が白色光源であって、所定の波長の光を選択的に取り出す分光手段をさらに具備する、請求項４又は５に記載の生体認証装置。
7. 前記生体認証手段は、
   予め記憶されたデータベースを参照し、参照したデータベースと前記指紋情報とを照らし合わせ、生体認証を行う、請求項１乃至６の何れか一項に記載の生体認証装置。
8. 前記生体認証手段は、
   前記脈波信号の振幅が、所定の閾値よりも小さい場合には、前記生体認証を行わない、請求項１乃至７の何れか一項に記載の生体認証装置。

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