JP6134662B2

JP6134662B2 - 生体認証装置および生体認証方法

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Publication number: JP6134662B2
Application number: JP2014016339A
Authority: JP
Inventors: 和樹嶋野; 清水　康弘; 康弘清水
Original assignee: Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Current assignee: Hitachi Industry and Control Solutions Co Ltd
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2014-01-31
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2034-01-31
Also published as: WO2015114872A1; CN105874461A; CN105874461B; US10117623B2; US20160256079A1; JP2015143895A

Description

本発明は、生体認証装置に関し、特に近赤外線を指に照射して得られる静脈パターンを用いて、個人を認証する装置およびそのプログラムに関するものである。

近年、個人の所有物や情報に対するセキュリティ技術に関心が高まる中、オフィスビル等を中心にセキュリティ強化と利便性を目的とし、非接触式カードなどの認証媒体とともに、盗難や紛失による不正使用の危険が少なく、機密性に優れた個人認証技術として、指紋、虹彩、静脈、音声などの生体認証技術が注目されている。中でも指に近赤外線を当てるだけで認証可能な指静脈認証は、心理的抵抗感が少なく、また生体の内部情報を利用しているため、耐偽造性に優れるという特長がある。

本技術分野の背景技術として、特開2008-79629号公報（特許文献1）がある。この公報には、「認証対象の指をその腹側部分に接して支持しかつ位置決めする指置き部をケース内に形成し、該ケースの構成を、該認証対象の指の上下に対応する部分及び左右に対応する部分は閉鎖状態とし、該指の前後に対応する部分は開口状態にするとともに、該左右に対応する部分の内部に、撮像素子等撮像手段の撮像範囲が形成される構成とする」と記載されている（要約参照）。

特開2008-79629号公報

前記特許文献１には、生体認証装置の筺体の構成について記載されている。しかしながら、撮像部上部（指の背側）に覆い被さるように近赤外線光源部が備えられ、指の上下に対応する部分及び左右に対応する部分は閉鎖状態となるようにケースが形成されており、外光を遮断していた。そのため、指を認証装置の閉鎖的な空間に挿入することになるため、指挿入に対する不安感があるという課題があった。

そこで、指挿入部に可視光（例えばLED照明）を照射することにより、ユーザが認証装置への指挿入時に安心して指を挿入することが可能となる。しかしながら、この可視光の照射により、認証を行う際に用いる静脈パターンの画像の明るさが変化し、生体認証装置の認証精度が落ちる可能性がある。

よって、本発明は、撮像部上部に覆い被さるように近赤外線光源部が備えられている生体認証装置において、ユーザが認証装置への指挿入時に安心して指を挿入することが可能となるとともに、認証精度を確保したまま、認証装置内部を視認できる状態に維持することで、ユーザが安心して認証を行える生体認証装置を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、生体情報を用いて、事前に登録された認証用生体データと認証時に得られた生体データとを照合し生体認証を行う生体認証装置において、指に対して近赤外光を照射する近赤外光照射部と、近赤外光照射部から照射された近赤外光が指を透過することで得られた生体データを撮像する撮像部と、撮像部で取得した生体データを取得する制御部と、指を挿入する指挿入部に可視光を照射する可視光照射部と、を備え、可視光照射部は、撮像部が生体データを取得する前に可視光の照射を開始するとともに、制御部は、撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも大きい場合には、可視光照射部からの照射明度を小さくし、照射明度を小さくした場合における生体データと前記事前に登録された認証用生体データとを照合することを特徴とする。

本発明によれば、撮像部上部に覆い被さるように近赤外線光源部が備えられている生体認証装置において、ユーザが認証装置への指挿入時に安心して指を挿入することが可能となるとともに、認証精度を確保したまま、認証装置内部を視認できる状態に維持することで、ユーザが安心して認証を行えることが可能となる。

本発明を実施する指静脈認証装置の入力インタフェースの一構成例正常認証時の指静脈パターンの一例を示す図本発明を実施する指静脈認証装置の入力インタフェースの一構成例（タッチパネル付き液晶等入力部を設けた場合）１：Ｎ認証方式時の可視光点灯／消灯タイミングを示すフローチャート１：１認証方式時の可視光点灯／消灯タイミングを示すフローチャート

次に、本発明を実施するための形態（以降、「本実施形態」と称す。）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。

なお、これらは本発明の一実施例を示すものであり、構成や機能を制限するものではない。特に、本実施例では指の静脈認証について説明するが、掌の静脈認証等、近赤外光の照射により指を透過し、生成された静脈パターンを撮像して認証を行う装置であれば、適用可能である。また、指静脈認証装置に限らず、指紋認証装置にも適用でき、生体の認証部位を直接視認できないような構成になっている装置であれば適用可能である。

図１は、本発明を実現するための指静脈認証装置の断面図である。認証装置１は、指静脈認証装置や指紋認証装置等、指を装置内に挿入して認証を行うものであればよいが、以下の実施例では、指静脈認証を適用した認証装置１を例に説明する。

認証装置１は、近赤外光照射部２、撮影窓３、カメラ４、可視光照射部６、認証スイッチ７、CPU８、メモリ９を有する。認証装置１は、例えば図１のように、筺体１には指５を挿入する挿入部１０が形成されている。挿入部１０は、例えば、指５の側面からみたときに、略コの字状となるように形成されている。

近赤外光照射部２は、挿入部１０に指５を配置した場合、指の背面側に備えられる。この近赤外光照射部２より指５に近赤外光が照射されると、近赤外光は、指５の内部で散乱した近赤外光は指５の腹側から体外に放射される。この時、血液中のヘモグロビンは近赤外線吸収率が高く、周囲の組織と比較して近赤外光をより吸収するため、指５の腹側の皮下に分布する静脈が影となって放射される。

図２は、上述の図１の認証装置により撮像された指５の静脈パターンの一例である。指５の内部で散乱し、近赤外光の光量が多い部分１１は白く表示され、血液中のヘモグロビンに吸収された静脈部分１２や近赤外光が照射されていない指５の周囲部１３は、近赤外光の光量が少ないので黒く表示される。これにより、指５の輪郭や静脈部分１２により形成される静脈パターンを認識することができる。

図１に戻り、放射された近赤外光は撮像窓３を透過し、カメラ４にて撮像を行って認証に必要な静脈パターンを取得する。撮影窓３には、近赤外光のみを透過させるような不図示のフィルタを設けることや、その他静脈パターンを鮮明に撮像するためのフィルタ、レンズ等を設けてもよい。さらに、撮像窓３からカメラ４の間にミラー（図示せず）等を介して、近赤外光を反射させて撮像することにより、指静脈認証装置１をより小型化することも可能である。

なお、近赤外光照射部２については、指５の背側ではなく、指５の側面や腹側、指５の前方から照射されていても構わない。また、近赤外光照射部２の光源は、図1では指５の挿入方向に沿って1列に複数個記載されているが、1個でも構わない。また、光源は、指５の挿入方向に対して垂直方向に配置することや、指５の背側に対して面状に配置してもよい。また、光源から照射される近赤外光をレンズ（図示せず）等を用いて拡散させても構わないし、指５の位置に合わせて可動させてもよい。さらに、複数の光源は、全てが同等の輝度でもよいし異なる輝度でもよく、また、固定値としてもよいし可変値としてもよい。このような構成を採用することにより、近赤外光が透過しにくい部位は光量を強く、近赤外光が透過しやすい部位は光量を弱めることで、指５全体の静脈パターンを均一して撮像することが可能となる。

また、近赤外光照射部２の光源による近赤外光の照射タイミングは、常時照射してもよいし、指先や指根元に設置された認証スイッチ７や各種センサ（図示せず）およびカメラ４にて撮像し、指５の挿入が識別された場合のみ照射を行ってもよい。

次に、近赤外光照射部２により近赤外光が照射され撮像された静脈パターンは、電気信号に変換され、不図示のインタフェースICを介して、CPU８にて識別される。CPU８に接続されたメモリ９に一度格納した後、事前に登録された静脈パターンと照合を行う。予め登録された静脈パターンは、個人を特定するためのＩＤや番号などとともに、指静脈認証装置１に搭載されたＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶媒体に格納されている。ここで、上記照合処理において、指静脈認証装置１内で事前に登録された静脈データとの照合を行っているが、本指静脈認証装置１内での処理にこだわらず、本指静脈認証装置１に接続された不図示の制御盤やＰＣ、サーバー等において、登録データの保持、照合処理等を行い、認証結果のみを制御盤やＰＣ、サーバーから指静脈認証装置１に返してもよい。

静脈パターンの取得については、カメラ４によって撮像する場合には、常時カメラ４によって撮像し続け、指５が完全に挿入されたことを判定されることにより静脈パターンを取り込んでもよい。また、指先に設置された認証スイッチ７や不図示の各種センサによって、指５が完全に挿入されたことを識別された場合に、カメラ４によって撮像を始め、静脈パターンを取得してもよい。

照合処理においては、比較する2枚の静脈データ間の相関の値を算出して、その値に応じて登録されている静脈データと一致するか否かを判定する。この結果によって、個人を認証し、認証結果を後述する図３に記載の認証結果LED等の表示手段１５によって表示を行い、ユーザに認証結果を伝える。なお、認証結果は図示しないLEDや画像等の表示のみに関わらず、ブザーや音声出力等ユーザに認証結果を伝える手段であれば何でもよい。

本実施例においては、上述のような照合処理を行う場合において、ユーザが指挿入部１０に指５を挿入する際に、ユーザの不安感を軽減することや、筺体への挿入をガイドするために、可視光照射部６を有することを特徴とする。ここでは可視光LEDとするが、ハロゲンランプ等でもよく、指静脈認証装置１内部特に指挿入部１０の指を置く領域を明るくするものであればよく、図１または図３に記載のような指挿入部１０における指５の背面側上部にこだわらず、指５を完全に挿入した際に可視光が指５によって遮られ、カメラ３による撮像に影響しなければ、指挿入口側面、下部、奥等に設置してもよい。可視光照射部６の動作は、後述する図４および５において詳述する。

図３は、本発明を実現するための指静脈認証装置１の第２の実施形態である。図３に付した番号のうち、図１と重複するものについては説明を省略する。指静脈認証装置１の筺体上部には、点灯スイッチ１４、タッチパネル付き液晶１５、人感センサ１６が設けられている。

ところで、指静脈認証装置１の認証方式には、大きく分けて以下の2種類の方式が存在する。1つは、指静脈認証装置１内のメモリ９に予め登録された静脈パターンの中から、ユーザより得られた静脈データと一致したデータがあるか否かを照合する1：N認証方式である。もう1つは、指静脈認証装置１に接続された、もしくは不図示の制御盤を介して接続されたカードリーダ等の他の認証装置により個人を特定し、紐付けされた個人の静脈データとユーザより得られた静脈データが一致するか否かを照合する１：１認証方式である。

図４は、１：Ｎ認証方式における本実施例におけるフローチャート、図５は、１：１認証方式における本実施例におけるフローチャートを示す。

まず、1：N認証方式の場合の可視光照射部６の点灯方法について、図４のフローに基づいて、図３に示す本発明を実施する指静脈認証装置の入力インタフェースの一構成例を例に説明する。

初めに、ユーザが指静脈認証装置１に近づくと、人感センサ１６がユーザを検知する。ここで、ユーザを検知する方法は、人感センサ１６にこだわらず、点灯スイッチ１４やタッチパネル付き液晶１５のタッチパネル等の押下によってユーザを検出し、可視光照射部５より可視光を照射してもよい（ステップ４０１）
ステップ４０１においてユーザを検知した場合には、可視光照射部６より指静脈認証装置１の内部の指挿入部１０に可視光を照射する（ステップ４０２）。これによって、指挿入部１０を照らしユーザの不安感を低減させるとともに、指静脈認証の準備ができることをユーザへ認知させ、指５を挿入することを促すことができる。

ユーザは、可視光照射部６より可視光が照射され、指静脈認証装置１の内部が明るくなっていることを確認し、指挿入部１０に指５を挿入する（ステップ４０３）。

指５が指挿入部１０に挿入された場合、指先に設置された認証スイッチ７や各種センサ（図示せず）またはカメラ３の撮像によって、指５の挿入が認識される。指５が挿入されたことを認識した後、近赤外光照射部２より近赤外光が照射される。照射された近赤外光は指５の内部に入射し、指５の内部で散乱した近赤外光は指５の腹側から体外に放射される。放射された近赤外光は撮像窓３を透過し、カメラ４にて撮像を行い、静脈データを取得する（ステップ４０４）。

取得された静脈データは、CPU８において、静脈データの明度を取得する。メモリ９には、静脈認証に適切な明度を明度データとして持っており、CPU８は取得した静脈データの明度と明度データとを比較する。取得静脈データの明度が明度データより大きい場合は、認証に適切な明度になるように、可視光の照射明度を小さくするように制御する。このとき、可視光の消灯は行わずに照射明度を小さくするように制御することで、ユーザは認証中の指５に可視光が照射されたまま認証処理が行われるので、認証する前から認証中にかけて指挿入に対する閉塞感を軽減し、安心して認証を行うことができる。一方、取得静脈データの明度が明度データより小さい場合は、可視光の照射明度を維持するもしくは小さくするように制御する。このような構成を採用することにより、前述のように、ユーザの認証する前から認証中にかけて指挿入に対する閉塞感を軽減させ、ユーザは安心して認証を行うことができる（ステップ４０５）。このとき、撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも小さい場合における照明明度の減少量は、撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも大きい場合における照明明度の減少量よりも小さくする。このことによって、可視光照射量が静脈パターンに影響のない明度である場合には、できるだけ照射量を小さくしないようにすることで、認証中にユーザに安心感を与えることができる。

なお、可視光照射部６は、認証モードに応じて、点滅パターン、色を変えられる。また、認証モードに応じて点灯スイッチ１４も点灯させて、ユーザに知らせることも可能である。

次に、ステップ４０５にて指静脈認証に適切な明度になった後の指静脈パターンを取得して、指静脈認証を開始する。そして、取得した静脈データの中から、一致したデータがあるか否かを照合する（ステップ４０６）。

ユーザから得られた静脈データと一致したデータがあれば（ステップ４０７のＹＥＳ）、認証成功であることをユーザに伝えるため、照明や液晶表示、ブザー、液晶表示等を用いてユーザに伝える。そして、本実施例を入退室管理システムに適用するのであれば、電気錠や自動ドア等の解錠、その他装置などであれば、セキュリティ解除を行う（ステップ６０７）。そして、認証処理を終了し、可視光照射部６も消灯する。

一方、ユーザから得られた静脈データと一致したデータがなければ（ステップ４０６のＮＯ）、認証失敗であることを、照明や液晶表示、ブザー、液晶表示等を用いてユーザに伝える。そして、本実施例を入退室管理システムに適用するのであれば、電気錠や自動ドア等の閉塞維持、その他装置などであれば、セキュリティ状態の維持をする（ステップ４０８）。そして、認証処理を終了すし、可視光照射部６も消灯する。

次に、1：１認証方式の場合の点灯方法について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。

ユーザは、指静脈認証装置１にて個人認証を行う前に、指静脈認証装置１に接続された、もしくは不図示の制御盤を介して接続されたカードリーダ等の他の認証装置により認証を行う（ステップ５０１）。

カードリーダによる認証成功の場合（ステップ５０２のＹＥＳ）、ユーザの個人ＩＤが用意されるとともに、個人ＩＤに紐付けられた静脈データによる静脈認証が行われる準備が行われる（ステップ５０３）。

カードリーダによる認証失敗の場合（ステップ５０２のＮＯ）、認証失敗であることを、可視光照射部６による照明や液晶表示１５、ブザー等を用いてユーザに伝えるとともに、セキュリティ状態の維持をする（ステップ５１０）。

一方、カードリーダの認証が成功した場合、可視光照射部６より指静脈認証装置１の内部の指挿入部１０に可視光を照射する（ステップ５０４）。このような構成により、ユーザは、次の認証動作として生体認証装置による認証を行うべきことを視覚的に認識することが可能となる。ここで、カードリーダの認証結果をユーザに伝える手段として、本来指挿入部１０を照らすために設けた可視光照射部６からの可視光を併用して、点灯、消灯によりユーザに伝えてもよい。また、認証モードや認証の結果に応じて、点滅パターンを変えたり、色や点灯箇所を変えたりして、ユーザに知らせてもよい。

ユーザは可視光照射部６より可視光が照射され、指静脈認証装置１の内部の指挿入部１０が明るくなっていることを確認し、指挿入部１０に指５を挿入する（ステップ５０５）
指５が指挿入部１０に挿入された場合、指先に設置された認証スイッチ７や各種センサ（図示せず）、またはカメラ３の撮像によって識別される。指５が挿入されたことを識別後、近赤外光照射部２より近赤外光が照射される。照射された近赤外光は指５の内部に入射し、指５の内部で散乱した近赤外光は指５の腹側から体外に放射される。放射された近赤外光は撮像窓３を透過し、カメラ４にて撮像を行い、静脈データを取得する（ステップ５０６）。

取得された静脈データは、CPU８において、静脈データの明度を取得する。メモリ９には、静脈認証に適切な明度を明度データとして持っており、CPU８は取得した静脈データの明度と明度データとを比較する。取得静脈データの明度が明度データより大きい場合は、認証に適切な明度になるように、可視光の照射明度を小さくするように制御する。このとき、可視光の消灯は行わず、照射明度を小さくするように制御することで、ユーザは認証中の指５に可視光が照射されたまま認証処理が行われるので、認証する前から認証中にかけて指挿入に対する閉塞感を軽減することができる。一方、取得静脈データの明度が明度データより小さい場合は、可視光の照射明度を維持するもしくは小さくするように制御する。このような構成を採用することにより、前述のように、ユーザの認証する前から認証中にかけて指挿入に対する閉塞感を軽減させ、ユーザは安心して認証を行うことができる（ステップ５０７）。このとき、撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも小さい場合における照明明度の減少量は、撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも大きい場合における照明明度の減少量よりも小さくする。このことによって、可視光照射量が静脈パターンに影響のない明度である場合には、できるだけ照射量を小さくしないようにすることで、認証中にユーザに安心感を与えることができる。

ステップ５０７にて指静脈認証に適切な明度になった後の指静脈パターンを取得して、指静脈認証を開始する。すなわち、取得した静脈データの中から、一致したデータがあるか否かを照合する（ステップ５０８）。

ユーザから得られた静脈データが、指静脈認証装置１内のメモリ９に予め登録された静脈データの中から、一致したデータがあるか否かを照合する（ステップ５０９）。ユーザから得られた静脈データと一致したデータがあれば（ステップ５０９のＹＥＳ）、認証成功であることをユーザに伝えるため、可視光照射部６による照明や、液晶表示、ブザー等を用いてユーザに伝える。そして、本実施例を入退室管理システムに適用するのであれば、電気錠や自動ドア等の解錠、その他装置などであれば、セキュリティ解除を行う（ステップ５１０）。ユーザから得られた静脈データと一致したデータがなければ（ステップ５０９のＮＯ）、認証失敗であることを、可視光照射部６による照明や、液晶表示、ブザー等を用いてユーザに伝える。本実施例を入退室管理システムに適用するのであれば、電気錠や自動ドア等の閉塞維持、その他装置などであれば、セキュリティ状態の維持をする（ステップ５１１）。

また、図４および図５における認証フローにおいて、指静脈認証開始後、ユーザから得られた静脈データが認証成功、または指５の置き方が不適切と判断された場合、ステップ４０２、５０４に戻り、再度可視光照射部６より可視光を照射し、認証失敗であることや指５の置き直しをユーザに伝えてもよい。なお、その際の可視光の光らせ方は、点灯、消灯のみに関わらず、点滅パターンを変えたり、色や点灯箇所を変えたりして、ユーザに知らせてもよい。また、可視光による連絡のみなく、照明や液晶表示、ブザー等を用いて、認証結果を伝えると共に、指の置き直しをユーザに伝えてもよい。

なお、本発明は、指静脈認証装置に限らず、指紋認証装置にも適用でき、生体の認証部位を直接視認できないような構成になっている装置であれば適用可能である。

１認証装置
２近赤外線光照射部
３撮像窓
４カメラ
５指
６可視光照射部
７認証スイッチ
８ＣＰＵ
９メモリ

Claims

生体情報を用いて、事前に登録された認証用生体データと認証時に得られた生体データとを照合し生体認証を行う生体認証装置において、
指に対して近赤外光を照射する近赤外光照射部と、
前記近赤外光照射部から照射された近赤外光が指を透過することで得られた生体データを撮像する撮像部と、
前記撮像部で取得した生体データを取得する制御部と、
前記指を挿入する指挿入部に可視光を照射する可視光照射部と、
を備え、
前記可視光照射部は、前記撮像部が生体データを取得する前に可視光の照射を開始するとともに、前記制御部は、前記撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも大きい場合には、前記可視光照射部からの照射明度を小さくし、
前記照射明度を小さくした場合における生体データと前記事前に登録された認証用生体データとを照合することを特徴とする生体認証装置。
請求項１に記載の生体認証装置において、
前記制御部は、前記撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも小さい場合には、前記可視光照射部からの照射明度を維持又は小さくし、
前記照射明度を維持または小さくした場合における生体データと前記事前に登録された認証用生体データとを照合することを特徴とする生体認証装置。
請求項２に記載の生体認証装置において、
前記撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも小さい場合における照明明度の減少量は、前記撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも大きい場合における照明明度の減少量よりも小さいことを特徴とする生体認証装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の生体認証装置において、
前記生体認証装置とは異なる第１の認証操作を行った後に、前記生体認証装置による認証を行う場合に、前記第１の認証操作により認証された場合にのみ、前記可視光照射部は指挿入部を照射する機能を備えた生体認証装置。
請求項１〜４のいずれかに記載の生体認証装置において、
前記可視光照射部より前記指挿入部に照射する可視光は、前記生体認証の結果、認証モード又は指の置き方によって、点灯パターンもしくは点灯色を変化させることを特徴とする生体認証装置。
生体情報を用いて、事前に登録された認証用生体データと認証時に得られた生体データとを照合し生体認証を行う生体認証方法において、
指に対して近赤外光を照射する近赤外光照射部から照射された近赤外光が指を透過することで得られた生体データを撮像する撮像部が生体データを取得する前に可視光の照射を開始し、前記撮像部で取得した生体データの撮像画面の明度が認証に適した明度よりも大きい場合には、前記可視光照射部からの照射明度を小さくし、
前記照射明度を小さくした場合における生体データと前記事前に登録された認証用生体データとを照合することを特徴とする生体認証方法。