JP5709016B2 - 偽指判定装置、偽指判定方法および偽指判定プログラム - Google Patents

Description

本発明は、偽指判定装置、偽指判定方法および偽指判定プログラムに関する。

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。このような不正行為を阻止する技術として、例えば、下記特許文献１、２では、光を照射した指の表面の色を基準にして偽指を検知している。

特開２００３−５０９９３号公報 特許第２６３７２５３号公報

ところで、上述した特許文献１、２では、指の表面の色を基準にして偽指を検知しているため、他人の指紋を複製等した透明または肌色の薄膜を指の表面に付けた偽指を判別することは難しい。特に、透明な薄膜を付けた偽指では、偽指表面の色が皮膚の色と同化するため、区別することは困難である。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、指の表面に薄膜を付けた偽指の判別精度を向上させることができる偽指判定装置、偽指判定方法および偽指判定プログラムを提供することを目的とする。

本発明の偽指判定装置は、指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像部と、反射光画像および透過光画像を、当該各画像に含まれる画素の色相値または輝度値に基づいて、皮膚画像の特徴を有する前景部分と皮膚画像の特徴を有さない背景部分とにそれぞれ分類する分類部と、反射光画像および透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分に属し、かつ他方の画像の背景部分に属する部分を重複部分として検出する検出部と、上記重複部分を用いて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する判定部と、を備える。

また、本発明の偽指判定装置は、指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像部と、反射光画像において肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とし、さらに、透過光画像において白色に相当する色相値または所定の閾値以上の輝度値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とする分類部と、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する検出部と、上記重複部分を用いて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する判定部と、を備える。

また、本発明の偽指判定装置は、指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像部と、反射光画像および透過光画像においてそれぞれ肌色に相当する色相値を有する画素群をそれぞれ前景部分とし、当該画素群以外の画素群をそれぞれ背景部分とする分類部と、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する検出部と、上記重複部分を用いて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する判定部と、を備える。

本発明の偽指判定方法は、指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像ステップと、反射光画像および透過光画像を、当該各画像に含まれる画素の色相値または輝度値に基づいて、皮膚画像の特徴を有する前景部分と皮膚画像の特徴を有さない背景部分とにそれぞれ分類する分類ステップと、反射光画像および透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分に属し、かつ他方の画像の背景部分に属する部分を重複部分として検出する検出ステップと、上記重複部分を用いて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する判定ステップと、を含む。

また、本発明の偽指判定方法は、指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像ステップと、反射光画像において肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とし、さらに、透過光画像において白色に相当する色相値または所定の閾値以上の輝度値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とする分類ステップと、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する検出ステップと、上記重複部分を用いて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する判定ステップと、を含む。

また、本発明の偽指判定方法は、指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像ステップと、反射光画像および透過光画像においてそれぞれ肌色に相当する色相値を有する画素群をそれぞれ前景部分とし、当該画素群以外の画素群をそれぞれ背景部分とする分類ステップと、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する検出ステップと、上記重複部分を用いて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する判定ステップと、を含む。

本発明の偽指判定プログラムは、上記偽指判定方法に含まれる各ステップをコンピュータに実行させる。

本発明によれば、指の表面に薄膜を付けた偽指の判別精度を向上させることができる。

各実施形態における偽指判定装置の概略構成を示すブロック図である。 認証対象物として人体指が撮影された場合の分類処理の内容を説明するための模式図である。 認証対象物として人体指の表面に透明な薄膜を付けた偽指が撮影された場合の分類処理の内容を説明するための模式図である。 認証対象物として人体指の表面に不透明な肌色の薄膜を付けた偽指が撮影された場合の分類処理の内容を説明するための模式図である。 第１実施形態における偽指判定処理を説明するためのフローチャートである。 認証対象物として反射し易い部分を有する人体指が撮影された場合の分類処理の内容を説明するための模式図である。 第２実施形態における偽指判定処理を説明するためのフローチャートである。 第３実施形態における偽指判定処理を説明するためのフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る偽指判定装置、偽指判定方法および偽指判定プログラムの好適な実施形態について説明する。

[第１実施形態]
まず、図１を参照して、第１実施形態における偽指判定装置の概略構成について説明する。図１は、偽指判定装置の構成を模式的に示した図である。偽指判定装置１は、指紋認証の対象となる認証対象物が偽指であるか否かを判定する装置である。認証対象物となる指は、例えば偽指判定装置１の天面に設けられた所定の載置領域に載置する。この載置領域は、例えば透明プレートで形成されており、載置領域に載置された認証対象物を偽指判定装置１内部から撮影可能としている。

図１に示すように、偽指判定装置１は、撮像部１０と、光源部２０と、制御部３０とを有する。なお、偽指判定装置１が有する撮像部１０、光源部２０および制御部３０の各構成要素は、原則として、従来の指紋認証装置が有する撮像部、光源部および制御部と同じである。ただし、光源部２０の配置や、制御部３０が認証対象物の真偽を判定する際の各種機能を有する点で従来の指紋認証装置とは異なる。

また、偽指判定装置１は、物理的には、ＣＰＵと、メモリと、撮像部と、光源部とを含んで構成される。メモリには、例えば、ＣＰＵで処理されるプログラムやデータを記憶するＲＯＭと、主として制御処理のための各種作業領域として使用されるＲＡＭとが含まれる。これらの要素は、互いにバスを介して接続されている。ＣＰＵが、ＲＯＭに記憶されたプログラムを実行し、撮像部によって撮影された反射光画像データおよび透過光画像データや、ＲＡＭに展開された各種のデータを用いて処理することで、後述する偽指判定装置１における各部の機能を実現することができる。

撮像部１０は、例えばカラーカメラであり、載置領域に載置された認証対象物を撮影する。なお、本実施形態では、撮像部１０としてカラーカメラを用いた場合について説明するが、撮像部１０はカラーカメラに限定されない。例えば、白黒カメラを撮像部１０として用いることもできる。

光源部２０は、例えば白色ＬＥＤ（Light-Emitting Diode）であり、撮像部１０によって認証対象物が撮影される際に、認証対象物に光を照射する。光源部２０は、反射光用光源部２１と、透過光用光源部２２と、を有する。なお、本実施形態では、光源部２０として白色ＬＥＤを用いた場合について説明するが、光源部２０は白色ＬＥＤに限定されない。複数の波長を含む光源を光源部２０として用いることができる。また、これに併せて、光源からの複数の波長を撮像可能なカメラを撮像部１０として用いることができる。

反射光用光源部２１は、認証対象物に対して光を照射できる位置であり、かつ、認証対象物からの反射光が撮像部１０に入射する位置に配置される。例えば、載置領域に載置された認証対象物に対して、透明プレートを介して光を入射できる位置に反射光用光源部２１の出光面を配置する。認証対象物を撮影する際に、反射光用光源部２１の光を認証対象物に照射することで、撮像部１０は認証対象物の反射光画像を撮像可能となる。

透過光用光源部２２は、認証対象物に対して光を照射できる位置であり、かつ、認証対象物からの反射光が撮像部１０に入射しない位置に配置される。例えば、載置領域に載置された認証対象物に対して、透明プレートを介さずに光を入射できる位置に透過光用光源部２２の出光面を配置する。認証対象物を撮影する際に、透過光用光源部２２の光を認証対象物に照射することで、撮像部１０は認証対象物の透過光画像を撮像可能となる。

制御部３０は、各種制御処理を実行することで、偽指判定装置１全体を制御する。制御部３０は、例えば、分類部３１と、検出部３２と、判定部３３と、を有する。

分類部３１は、撮像部１０によって撮像された反射光画像および透過光画像を、各画像に含まれる画素の色相値に基づいて、皮膚画像の特徴を有する前景部分と皮膚画像の特徴を有さない背景部分とにそれぞれ分類する。以下に、分類部３１が有する機能を具体的に説明する。

分類部３１は、反射光画像において、肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、この画素群以外の画素群を背景部分とする。肌色に相当する色相値としては、例えば、ＨＳＶ（Hue、Saturation、Value）色空間で赤の色相値を０度とした場合に、皮膚の色である肌色の色相値として取り得る、およそ１０度〜５０度の色相値が該当する。分類部３１は、透過光画像において、肌色および白色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、この画素群以外の画素群を背景部分とする。図２〜図４を参照して、認証対象物ごとの分類処理の内容について具体的に説明する。

図２は、認証対象物として人体指が撮影された状態を模式的に表す図である。この場合に、分類部３１は、反射光画像および透過光画像ともに、肌色に相当する人体指領域Ａの画素群を前景部分に分類し、人体指領域Ａ以外の背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。

このように、図２に示す認証対象物を分類した場合には、反射光画像と透過光画像とにおける分類結果が一致する。

図３は、認証対象物として人体指の表面に透明な薄膜を付けた偽指が撮影された状態を模式的に表す図である。この場合に、分類部３１は、反射光画像においては、透明な薄膜領域Ｃのうち人体指領域Ａ上に重なる部分Ｃａ（以下、「人体指部分膜領域Ｃａ」という。）および人体指領域Ａの画素群を前景部分に分類し、透明な薄膜領域Ｃのうち人体指領域Ａの周辺からはみ出した部分Ｃｂ（以下、「はみ出し部分膜領域Ｃｂ」という。）および背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。人体指部分膜領域Ｃａが前景部分に分類されるのは、透明な薄膜を通して人体指が撮影されるためである。その結果、人体指部分膜領域Ｃａは肌色となり、皮膚画像の特徴を有することになる。はみ出し部分膜領域Ｃｂが背景部分に分類されるのは、透明な薄膜を通して背景が撮影されるためである。その結果、はみ出し部分膜領域Ｃｂは背景画像と同色となり、皮膚画像の特徴を有さないことになる。

分類部３１は、透過光画像においては、人体指領域Ａおよび透明な薄膜領域Ｃの画素群を前景部分に分類し、それ以外となる背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。透明な薄膜領域Ｃが前景部分に分類されるのは、透明な薄膜に入射した光が薄膜内で屈曲して撮像部１０に入射することで、透明な薄膜領域Ｃの明るさが増大し、透明な薄膜領域Ｃが肌色または白色となるためである。つまり、透明な薄膜領域Ｃのうち、人体指部分膜領域Ｃａは肌色または白色となり、皮膚画像の特徴を有し、はみ出し部分膜領域Ｃｂは白色となり、皮膚画像の特徴を有するためである。

このように、図３に示す認証対象物を分類した場合には、はみ出し部分膜領域Ｃｂが、反射光画像では背景部分に分類され、透過光画像では前景部分に分類される。つまり、はみ出し部分膜領域Ｃｂについては、反射光画像と透過光画像とにおける分類結果が相違する。

図４は、認証対象物として人体指の表面に不透明な肌色の薄膜を付けた偽指が撮影された場合の分類処理の内容を説明するための模式図である。この場合に、分類部３１は、反射光画像においては、人体指領域Ａおよび不透明な肌色の薄膜領域Ｄの画素群を前景部分に分類し、それ以外となる背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。不透明な肌色の薄膜領域Ｄが前景部分に分類されるのは、不透明な肌色の薄膜の表面で反射する光が肌色に相当する色相値を有し、皮膚画像の特徴を有するためである。

分類部３１は、透過光画像においては、人体指領域Ａの画素群を前景部分に分類し、それ以外となる背景領域Ｂおよび不透明な肌色の薄膜領域Ｄの画素群を背景部分に分類する。不透明な肌色の薄膜領域Ｄが背景部分に分類されるのは、不透明な肌色の薄膜は光を遮断して暗くなるため、不透明な肌色の薄膜領域Ｄは肌色または白色とならず、皮膚画像の特徴を有さないためである。

このように、図４に示す認証対象物を分類した場合には、不透明な肌色の薄膜領域Ｄが、反射光画像では前景部分に分類され、透過光画像では背景部分に分類される。つまり、不透明な肌色の薄膜領域Ｄについては、反射光画像と透過光画像とにおける分類結果が相違する。

なお、分類部３１は、反射光画像を分類する際の条件として肌色に相当する色相値を用い、透過光画像を分類する際の条件として肌色および白色に相当する色相値を用いているが、分類する際の条件はこれに限定されない。例えば、皮膚画像が取り得る色相値を、分類する際の条件として用いることができる。皮膚画像が取り得る色相値は、実験等により決定することができる。また、撮像部１０が白黒カメラである場合には、輝度値を分類する際の条件として用いることができる。具体的に、例えば、分類部３１は、反射光画像および透過光画像において、皮膚画像が取り得る輝度値を有する画素群をそれぞれ前景部分とし、この画素群以外の画素群をそれぞれ背景部分とすることができる。皮膚画像が取り得る輝度値は、実験等により決定することができる。

検出部３２は、反射光画像および透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分と他方の画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する。これにより、反射光画像と透過光画像とにおける分類結果が相違する部分を検出することができる。以下に、検出部３２が有する機能を具体的に説明する。

検出部３２は、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する。この比較によって検出される重複部分としては、図３に示すはみ出し部分膜領域Ｃｂが該当する。つまり、この比較によって重複部分が検出された場合には、人体指の表面に透明な薄膜が付けられている可能性が高いことになる。

検出部３２は、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する。この比較によって検出される重複部分としては、図４に示す不透明な肌色の薄膜領域Ｄが該当する。つまり、この比較によって重複部分が検出された場合には、人体指の表面に不透明な肌色の薄膜が付けられている可能性が高いことになる。

なお、検出部３２は、反射光画像および透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分と他方の画像の背景部分とを比較して重複部分を検出しているが、重複部分を検出する方法はこれに限定されない。例えば、反射光画像および透過光画像の前景部分同士で相違する部分と、反射光画像および透過光画像の背景部分同士で相違する部分とを比較して重複部分を検出することとしてもよい。この場合に、反射光画像および透過光画像の前景部分同士で相違する部分と、反射光画像および透過光画像の背景部分同士で相違する部分とは、原則として一致する。したがって、反射光画像および透過光画像の前景部分同士で相違する部分、または反射光画像および透過光画像の背景部分同士で相違する部分を、上記重複部分として検出することとしてもよい。つまり、反射光画像および透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分に属し、かつ他方の画像の背景部分に属する部分を、上記重複部分として検出することができればよい。

判定部３３は、検出部３２によって検出された重複部分の大きさに基づいて、指の周辺に異物が存在するか否かを判定する。これにより、誤検出された重複部分によって、偽指であると誤判定することを防止することが可能となる。以下に、判定部３３が有する機能を具体的に説明する。

判定部３３は、重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する。つまり、認証対象物が偽指であると判定する。所定の上限画素数としては、例えば、認証対象物として人体指を撮影した場合に、異物があるかのように誤検出される可能性がある画素数の上限値を設定することができる。所定の上限画素数は、状況に応じて複数設定することができる。例えば、図３に示すはみ出し部分膜領域Ｃｂが重複部分として検出される場合と、図４に示す不透明な肌色の薄膜領域Ｄが重複部分として検出される場合とでは、異物として判定する際の大きさが異なるため、それぞれの状況に応じて上限画素数を設定することとしてもよい。また、指の大きさに応じて膜画像の割合が異なることも想定されるため、人体指領域Ａの大きさに応じて上限画素数を設定することとしてもよい。

これにより、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分との間に検出された重複部分の画素数が所定の上限画素数以上である場合には、人体指の表面に透明な薄膜が付けられていると判定することができる。一方、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分との間に検出された重複部分の画素数が所定の上限画素数以上である場合には、人体指の表面に不透明な肌色の薄膜が付けられていると判定することができる。

次に、図５を参照して第１実施形態における偽指判定装置で実行される偽指判定処理について説明する。図５は、指の表面に透明な薄膜を付けた偽指を判定する際の処理手順を示すフローチャートである。

最初に、偽指判定装置１の載置領域に認証対象物が載置されると、反射光用光源部２１が認証対象物に光を照射し、撮像部１０が認証対象物を撮影する（ステップＳ１０１）。

続いて、透過光用光源部２２が認証対象物に光を照射し、撮像部１０が認証対象物を撮影する（ステップＳ１０２）。

続いて、分類部３１は、上記ステップＳ１０１で撮影された反射光画像を、肌色に相当する色相値を有する画素群からなる前景部分と、それ以外の画素群からなる背景部分とに分類する（ステップＳ１０３）。

続いて、分類部３１は、上記ステップＳ１０２で撮影された透過光画像を、肌色および白色に相当する色相値を有する画素群からなる前景部分と、それ以外の画素群からなる背景部分とに分類する（ステップＳ１０４）。

続いて、検出部３２は、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出するとともに、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する（ステップＳ１０５）。

続いて、判定部３３は、上記ステップＳ１０５で検出された重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０６）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ１０６；ＮＯ）に、判定部３３は、指の周辺に異物が存在しないと判定する（ステップＳ１０７）。つまり、認証対象物が人体指であると判定し、偽指判定処理を終了する。

一方、上記ステップＳ１０６の判定で上記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上であると判定した場合（ステップＳ１０６；ＹＥＳ）に、判定部３３は、指の周辺に異物が存在すると判定する（ステップＳ１０８）。つまり、認証対象物が偽指であると判定し、偽指判定処理を終了する。

上述してきたように、第１実施形態における偽指判定装置１によれば、撮像部１０によって撮像された反射光画像と透過光画像を、それぞれ前景部分と背景部分とに分類し、反射光画像および透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分と他方の画像の背景部分とを比較して重複部分を検出することができる。これにより、指の表面に透明な薄膜を付けた偽指や不透明な肌色の薄膜を付けた偽指が認証対象物として用いられた場合であっても、指の周辺に存在する薄膜部分を検出して偽指を判別することができる。

また、重複部分の画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定することができる。これにより、誤検出された重複部分によって、偽指であると誤判定することを防止することができる。それゆえに、指の表面に薄膜を付けた偽指の判別精度を向上させることが可能となる。

[第２実施形態]
上述した第１実施形態における偽指判定装置１では、反射光画像を前景部分と背景部分とに分類する際に、肌色に相当する色相値を用いている。したがって、例えば、図６に示すように、人体指領域Ａの一部の領域Ａ１で反射光が強くなると、その一部の領域Ａ１が白色になり、背景部分に分類されてしまうことが考えられる。この場合、透過光画像では、人体指領域Ａの一部の領域Ａ１は肌色になるため、前景部分に分類される。その結果、人体指領域Ａの一部の領域Ａ１が異物として検出され、人体指が偽指であると誤判定されてしまうことになる。

第２実施形態における偽指判定装置では、偽指判定処理を透明な薄膜を付けた偽指判定処理に特化することで、このような誤判定を防止する。これにより、第２実施形態における偽指判定装置では、不透明な肌色の薄膜を付けた偽指を判別することはできないものの、透明な薄膜を付けた偽指や、一部で反射光が強くなった人体指を判別することができる。

第２実施形態における偽指判定装置が、上述した第１実施形態における偽指判定装置と相違する点は、制御部３０の分類部３１および検出部３２の機能が異なる点である。それ以外の構成については、第１実施形態における偽指判定装置の各構成と同様であるため、各構成要素には同一の符合を付し、その説明は省略するとともに、以下においては、主に第１実施形態との相違点について説明する。

分類部３１は、透過光画像のうち、白色に相当する色相値または所定の閾値以上の輝度値を有する画素群を前景部分とする点で、透過光画像のうち、肌色および白色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とする第１実施形態の分類部３１とは異なる。これにより、透過光画像の前景部分には、肌色に相当する色相値の画素群が含まれないこととなる。所定の閾値としては、例えば、透過光画像において透明な薄膜画像が有すると想定される輝度値の下限値を用いることができる。所定の閾値は、実験等により決定することができる。なお、反射光画像については、第１実施形態における分類部３１と同様にして前景部分と背景部分とに分類する。

検出部３２は、重複部分を検出する際の比較を、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分との比較に限定する点で、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較し、さらに反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較する第１実施形態における検出部３２とは異なる。

以下に、図面を参照して、認証対象物ごとの偽指判定処理の内容について具体的に説明する。

図６に示す認証対象物を分類する場合に、分類部３１は、反射光画像においては、第１実施形態と同様に、人体指領域Ａ（一部の領域Ａ１を除く）の画素群を前景部分に分類し、人体指領域Ａの一部の領域Ａ１および背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。一方、分類部３１は、透過光画像においては、人体指領域Ａおよび背景領域Ｂを含む全ての画素群を背景部分に分類する。つまり、透過光画像の前景部分は原則として形成されない。

このように、図６に示す認証対象物を分類した場合には、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分との間に重複する部分が原則として存在しないことになる。したがって、検出部３２は、重複部分を検出することができず、判定部３３は、図６に示す認証対象物が人体指であると判定する。つまり、第２実施形態における偽指判定装置では、一部で反射光が強くなった人体指を正当な指として判別することができる。

図３に示す認証対象物を分類する場合に、分類部３１は、反射光画像においては、第１実施形態と同様に、人体指部分膜領域Ｃａおよび人体指領域Ａの画素群を前景部分に分類し、はみ出し部分膜領域Ｃｂおよび背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。一方、分類部３１は、透過光画像においては、はみ出し部分膜領域Ｃｂの画素群を前景部分に分類し、それ以外となる人体指領域Ａ、人体指部分膜領域Ｃａおよび背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。

このように、図３に示す認証対象物を分類した場合には、はみ出し部分膜領域Ｃｂが、反射光画像では背景部分に分類され、透過光画像では前景部分に分類される。したがって、検出部３２は、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分との重複部分として、はみ出し部分膜領域Ｃｂを検出することになる。判定部３３は、はみ出し部分膜領域Ｃｂの画素数が所定の上限画素数以上である場合に、図３に示す認証対象物が偽指であると判定する。つまり、第２実施形態における偽指判定装置では、指の表面に透明な薄膜を付けた偽指を不正な指として判別することができる。

次に、図７を参照して第２実施形態における偽指判定装置で実行される偽指判定処理について説明する。図７は、指の表面に透明な薄膜を付けた偽指を判定する際の処理手順を示すフローチャートである。

最初に、偽指判定装置１の載置領域に認証対象物が載置されると、反射光用光源部２１が認証対象物に光を照射し、撮像部１０が認証対象物を撮影する（ステップＳ２０１）。

続いて、透過光用光源部２２が認証対象物に光を照射し、撮像部１０が認証対象物を撮影する（ステップＳ２０２）。

続いて、分類部３１は、上記ステップＳ２０１で撮影された反射光画像を、肌色に相当する色相値を有する画素群からなる前景部分と、それ以外の画素群からなる背景部分とに分類する（ステップＳ２０３）。

続いて、分類部３１は、上記ステップＳ２０２で撮影された透過光画像を、白色に相当する色相値または所定の閾値以上の輝度値を有する画素群からなる前景部分と、それ以外の画素群からなる背景部分とに分類する（ステップＳ２０４）。

続いて、検出部３２は、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する（ステップＳ２０５）。

続いて、判定部３３は、上記ステップＳ２０５で検出された重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上であるか否かを判定する（ステップＳ２０６）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ２０６；ＮＯ）に、判定部３３は、指の周辺に異物が存在しないと判定する（ステップＳ２０７）。つまり、認証対象物が人体指であると判定し、偽指判定処理を終了する。

一方、上記ステップＳ２０６の判定で上記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上であると判定した場合（ステップＳ２０６；ＹＥＳ）に、判定部３３は、指の周辺に異物が存在すると判定する（ステップＳ２０８）。つまり、認証対象物が偽指であると判定し、偽指判定処理を終了する。

上述してきたように、第２実施形態における偽指判定装置１によれば、撮像部１０によって撮影された反射光画像と透過光画像を、それぞれ前景部分と背景部分とに分類し、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出することができる。これにより、指の表面に透明な薄膜を付けた偽指が認証対象物として用いられた場合であっても、指の周辺に存在する薄膜部分を検出して偽指を摘出することができる。また、人体指の一部で反射光が強くなった場合であっても、人体指を偽指であると誤判定することなく、人体指として的確に判別することができる。

さらに、重複部分の画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定することができる。これにより、誤検出された重複部分によって、偽指であると誤判定することを防止することが可能となる。それゆえに、指の表面に薄膜を付けた偽指の判別精度を向上させることが可能となる。

[第３実施形態]
上述した第２実施形態の冒頭で説明したように、第１実施形態における偽指判定装置１では、図６に示す人体指領域Ａの一部の領域Ａ１が異物として検出され、人体指が偽指であると誤判定されるおそれがある。そこで、第３実施形態における偽指判定装置では、偽指判定処理を不透明な肌色の薄膜を付けた偽指判定処理に特化することで、このような誤判定を防止する。これにより、第３実施形態における偽指判定装置では、透明な薄膜を付けた偽指を判別することはできないものの、不透明な肌色の薄膜を付けた偽指や、一部で反射光が強くなった人体指を判別することができる。

第３実施形態における偽指判定装置が、上述した第１実施形態における偽指判定装置と相違する点は、制御部３０の分類部３１および検出部３２の機能が異なる点である。それ以外の構成については、第１実施形態における偽指判定装置の各構成と同様であるため、各構成要素には同一の符合を付し、その説明は省略するとともに、以下においては、主に第１実施形態との相違点について説明する。

分類部３１は、透過光画像のうち、肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とする点で、透過光画像のうち、肌色および白色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とする第１実施形態の分類部３１とは異なる。これにより、透過光画像の前景部分には、白色に相当する色相値の画素群が含まれないこととなる。なお、反射光画像については、第１実施形態における分類部３１と同様にして前景部分と背景部分とに分類する。

検出部３２は、重複部分を検出する際の比較を、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分との比較に限定する点で、反射光画像の背景部分と透過光画像の前景部分とを比較し、さらに反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較する第１実施形態における検出部３２とは異なる。

以下に、図面を参照して、認証対象物ごとの偽指判定処理の内容について具体的に説明する。

図６に示す認証対象物を分類する場合に、分類部３１は、反射光画像においては、第１実施形態と同様に、人体指領域Ａ（一部の領域Ａ１を除く）の画素群を前景部分に分類し、人体指領域Ａの一部の領域Ａ１および背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。一方、分類部３１は、透過光画像においては、人体指領域Ａ（一部の領域Ａ１を含む）の画素群を前景部分に分類し、背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。

このように、図６に示す認証対象物を分類した場合には、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分との間に重複する部分が原則として存在しないことになる。したがって、検出部３２は、重複部分を検出することができず、判定部３３は、図６に示す認証対象物が人体指であると判定する。つまり、第３実施形態における偽指判定装置では、一部で反射光が強くなった人体指を正当な指として判別することができる。

図４に示す認証対象物を分類する場合に、分類部３１は、反射光画像においては、第１実施形態と同様に、人体指領域Ａおよび不透明な肌色の薄膜領域Ｄの画素群を前景部分に分類し、背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。一方、分類部３１は、透過光画像においては、人体指領域Ａ（不透明な肌色の薄膜領域Ｄ部分を除く）の画素群を前景部分に分類し、不透明な肌色の薄膜領域Ｄおよび背景領域Ｂの画素群を背景部分に分類する。

このように、図４に示す認証対象物を分類した場合には、不透明な肌色の薄膜領域Ｄが、反射光画像では前景部分に分類され、透過光画像では背景部分に分類される。したがって、検出部３２は、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分との重複部分として、不透明な肌色の薄膜領域Ｄを検出することとなる。判定部３３は、不透明な肌色の薄膜領域Ｄの画素数が所定の上限画素数以上である場合に、図４に示す認証対象物が偽指であると判定する。つまり、第３実施形態における偽指判定装置では、指の表面に不透明な肌色の薄膜を付けた偽指を不正な指として判別することができる。

次に、図８を参照して第３実施形態における偽指判定装置で実行される偽指判定処理について説明する。図８は、指の表面に不透明な肌色の薄膜を付けた偽指を判定する際の処理手順を示すフローチャートである。

最初に、偽指判定装置１の載置領域に認証対象物が載置されると、反射光用光源部２１が認証対象物に光を照射し、撮像部１０が認証対象物を撮影する（ステップＳ３０１）。

続いて、透過光用光源部２２が認証対象物に光を照射し、撮像部１０が認証対象物を撮影する（ステップＳ３０２）。

続いて、分類部３１は、上記ステップＳ３０１で撮影された反射光画像を、肌色に相当する色相値を有する画素群からなる前景部分と、それ以外の画素群からなる背景部分とに分類する（ステップＳ３０３）。

続いて、分類部３１は、上記ステップＳ３０２で撮影された透過光画像を、肌色に相当する色相値を有する画素群からなる前景部分と、それ以外の画素群からなる背景部分とに分類する（ステップＳ３０４）。

続いて、検出部３２は、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する（ステップＳ３０５）。

続いて、判定部３３は、上記ステップＳ３０５で検出された重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上であるか否かを判定する（ステップＳ３０６）。この判定がＮＯである場合（ステップＳ３０６；ＮＯ）に、判定部３３は、指の周辺に異物が存在しないと判定する（ステップＳ３０７）。つまり、認証対象物が人体指であると判定し、偽指判定処理を終了する。

一方、上記ステップＳ３０６の判定で上記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上であると判定した場合（ステップＳ３０６；ＹＥＳ）に、判定部３３は、指の周辺に異物が存在すると判定する（ステップＳ３０８）。つまり、認証対象物が偽指であると判定し、偽指判定処理を終了する。

上述してきたように、第３実施形態における偽指判定装置１によれば、撮像部１０によって撮影された反射光画像と透過光画像を、それぞれ前景部分と背景部分とに分類し、反射光画像の前景部分と透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出することができる。これにより、指の表面に不透明な肌色の薄膜を付けた偽指が認証対象物として用いられた場合であっても、指の周辺に存在する薄膜部分を検出して偽指を摘出することができる。また、人体指の一部で反射光が強くなった場合であっても、人体指を偽指であると誤判定することなく、人体指として的確に判別することができる。

さらに、重複部分の画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定することができる。これにより、誤検出された重複部分によって、偽指であると誤判定することを防止することが可能となる。それゆえに、指の表面に薄膜を付けた偽指の判別精度を向上させることが可能となる。

なお、上述した各実施形態は、単なる例示に過ぎず、実施形態に明示していない種々の変形や技術の適用を排除するものではない。すなわち、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な形態に変形して実施することができる。例えば、上述した各実施形態における偽指判定処理を適宜組み合わせることができる。

この出願は、２００９年１１月１０日に出願された日本出願特願２００９−２５６９７７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定装置、偽指判定方法および偽指判定プログラムは、指の表面に薄膜を付けた偽指の判別精度を向上させることに適している。

１…偽指判定装置、１０…撮像部、２０…光源部、２１…反射光用光源部、２２…透過光用光源部、３０…制御部、３１…分類部、３２…検出部、３３…判定部。

Claims (12)

1. 指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像部と、
   前記反射光画像および前記透過光画像を、当該各画像に含まれる画素の色相値または輝度値に基づいて、皮膚画像の特徴を有する前景部分と皮膚画像の特徴を有さない背景部分とにそれぞれ分類する分類部と、
   前記反射光画像および前記透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分に属し、かつ他方の画像の背景部分に属する部分を重複部分として検出する検出部と、
   前記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする偽指判定装置。
2. 前記分類部は、前記反射光画像および前記透過光画像においてそれぞれ皮膚画像が取り得る色相値または輝度値を有する画素群をそれぞれ前景部分とし、当該画素群以外の画素群をそれぞれ背景部分とすることを特徴とする請求項１記載の偽指判定装置。
3. 前記分類部は、前記反射光画像において肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、前記透過光画像において肌色および白色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とすることを特徴とする請求項２記載の偽指判定装置。
4. 前記検出部は、前記反射光画像および前記透過光画像の前景部分同士において相違する部分、または前記反射光画像および前記透過光画像の背景部分同士において相違する部分を、前記重複部分として検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偽指判定装置。
5. 前記検出部は、前記反射光画像の背景部分と前記透過光画像の前景部分とを比較して前記重複部分を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偽指判定装置。
6. 前記検出部は、前記反射光画像の前景部分と前記透過光画像の背景部分とを比較して前記重複部分を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の偽指判定装置。
7. 指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像部と、
   前記反射光画像において肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とし、さらに、前記透過光画像において白色に相当する色相値または所定の閾値以上の輝度値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とする分類部と、
   前記反射光画像の背景部分と前記透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する検出部と、
   前記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする偽指判定装置。
8. 指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像部と、
   前記反射光画像および前記透過光画像においてそれぞれ肌色に相当する色相値を有する画素群をそれぞれ前景部分とし、当該画素群以外の画素群をそれぞれ背景部分とする分類部と、
   前記反射光画像の前景部分と前記透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する検出部と、
   前記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する判定部と、
   を備えることを特徴とする偽指判定装置。
9. 指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像ステップと、
   前記反射光画像および前記透過光画像を、当該各画像に含まれる画素の色相値または輝度値に基づいて、皮膚画像の特徴を有する前景部分と皮膚画像の特徴を有さない背景部分とにそれぞれ分類する分類ステップと、
   前記反射光画像および前記透過光画像のいずれか一方の画像の前景部分に属し、かつ他方の画像の背景部分に属する部分を重複部分として検出する検出ステップと、
   前記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する判定ステップと、
   を含むことを特徴とする偽指判定方法。
10. 指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像ステップと、
    前記反射光画像において肌色に相当する色相値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とし、さらに、前記透過光画像において白色に相当する色相値または所定の閾値以上の輝度値を有する画素群を前景部分とし、当該画素群以外の画素群を背景部分とする分類ステップと、
    前記反射光画像の背景部分と前記透過光画像の前景部分とを比較して重複部分を検出する検出ステップと、
    前記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する判定ステップと、
    を含むことを特徴とする偽指判定方法。
11. 指紋認証の対象となる認証対象物の反射光画像および透過光画像を撮像する撮像ステップと、
    前記反射光画像および前記透過光画像においてそれぞれ肌色に相当する色相値を有する画素群をそれぞれ前景部分とし、当該画素群以外の画素群をそれぞれ背景部分とする分類ステップと、
    前記反射光画像の前景部分と前記透過光画像の背景部分とを比較して重複部分を検出する検出ステップと、
    前記重複部分に含まれる画素数が所定の上限画素数以上である場合に、指の周辺に異物が存在すると判定する判定ステップと、
    を含むことを特徴とする偽指判定方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の各ステップをコンピュータに実行させるための偽指判定プログラム。
    

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